微塑料污染是一个新出现的环境问题，对水生生态系统和人类健康构成重大威胁。
2024年10月10日，澳大利亚阿德莱德大学王少彬教授、田文婕研究员、张华阳研究员在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Tandem microplastic degradation and hydrogen production by hierarchical carbon nitride-supported single-atom iron catalysts》的研究论文，林靖恺、Kunsheng Hu为论文共同第一作者，王少彬教授、田文婕研究员、张华阳研究员为论文共同通讯作者。
王少彬，澳大利亚阿德莱德大学化学工程学院终身教授及澳大利亚桂冠教授（Laureate Fellow）。其在昆士兰大学获得博士学位，主要研究领域和方向为纳米材料研制及其在吸附、催化、燃料、能源转化和环境修复上的应用，发表审稿期刊论文超800篇，Google Scholar总引用100609余次，h-index为173。
田文婕，澳大利亚阿德莱德大学化学工程学院研究员。山东大学2007级本科生、2011级硕士研究生。她的研究兴趣集中于开发简便、绿色的方法来合成多孔碳基纳米结构，并将其用作有效的二氧化碳捕获吸附剂、高效吸附剂以及在废水和能源应用中能够持久去除有机污染物的催化剂。
为解决微塑料污染和推进绿色制氢发展，该研究揭示了使用分层多孔氮化碳负载单原子铁催化剂（FeSA-hCN）的串联催化微塑料降解-析氢反应（MPD-HER）过程。通过水热辅助的类-芬顿反应，在中性pH条件下几乎完全将超高分子量聚乙烯降解为C3-C20有机物，羧酸选择性为64%，在效率、选择性、环境友好性和稳定性方面超越了目前的最佳值，并且可以在6个周期中保持这种性能。
该系统通过在不同水生环境中降解各种日常使用的塑料来展示其多功能性。FeSA-hCN和塑料降解产物的混合物在光照下进一步实现了42 μmol h-1的析氢量，这优于大多数现有的塑料光重整方法。
这种串联MPD-HER工艺不仅提供了一种可扩展且经济可行的策略来应对塑料污染问题，而且还为氢经济做出了贡献，对全球可持续发展倡议产生了深远的影响。
图1：塑料消费、释放和微塑料升级回收的新策略
图2：催化剂的合成和结构表征
图3：类-芬顿反应中UHMWPE微塑料的水热降解
图4：可回收性、稳定性和适用性评估
图5：反应机理研究和产物鉴定
图6：使用反应产物混合物进行光催化制氢
综上，该研究开发了一种新型的单原子铁催化剂（FeSA-hCN），通过串联催化微塑料降解-析氢反应（MPD-HER）过程，实现了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的高效降解，并利用降解产物在光照下实现析氢，为塑料污染治理和绿色氢能生产提供了新策略。
该技术有望应用于大规模的塑料废弃物处理和回收，也可扩展到其他类型的塑料，为更广泛的塑料废弃物提供处理方案，并推动氢能经济的发展，为可持续能源生产做出贡献。
Lin, J., Hu, K., Wang, Y. et al. Tandem microplastic degradation and hydrogen production by hierarchical carbon nitride-supported single-atom iron catalysts. Nat. Commun. 15, 8769 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53055-1.
