日本高知工科大学与东京科学大学的研究团队近期在化学催化领域取得重大突破，成功开发出一种新型多元素酸硫化物（HEOS）催化剂。该成果不仅有望解决废塑料处理难题，更为低能耗制氢技术提供了创新方案，相关研究已于2026年3月3日发表于国际知名期刊《ChemSusChem》。
面对全球日益严峻的塑料污染问题，日本作为塑料消费大国，正积极寻求从“废弃”到“再生”的转型路径。传统废塑料处理多采用焚烧或填埋，不仅浪费资源且易造成二次污染。而将废塑料转化为高附加值化学品（Upcycling）则是当前日本化工行业关注的核心方向。此次研究团队以废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为原料，通过碱性水解提取出乙二醇（EG），并利用新开发的HEOS催化剂对其进行电化学氧化，成功将其转化为具有极高工业价值的甲酸。
该技术的核心创新在于催化剂的微观结构设计。研究团队在传统的多元素氧化物（HEO）中引入硫元素，形成了独特的多元素酸硫化物。这种结构通过金属与硫的共价相互作用，稳定了晶格中的氧空位，并维持了过渡金属的高价态，从而创造了有利于碳碳键断裂的电子环境。实验数据显示，在实验室条件下，该催化剂对乙二醇氧化的法拉第效率高达84.6%，且副产物几乎为零，显示出极高的选择性和活性。
更为关键的是，该反应过程不仅实现了废塑料的高值化利用，还显著降低了制氢能耗。在二电极体系实验中，利用废PET衍生的乙二醇替代传统水进行电解，电池电压从传统的1.57伏特降至1.37伏特。这意味着在生成甲酸的同时，水分解制氢所需的能量大幅减少。此外，该催化剂在1.5伏特电压下连续运行20小时后，仍保持了约92%的初始活性，证明了其在实际工业应用中的优异耐久性。
从反应机理来看，同位素示踪与分布弛豫时间（DRT）分析证实，HEOS催化剂协同了晶格氧参与机制（LOM）与吸附氧机制（AOM）。硫元素稳定的氧空位与多价态过渡金属中心协同作用，加速了氢原子转移（HAT）过程，使得短寿命中间体能够高效转化为甲酸。这种常温常压下的合成工艺，使得大规模生产成为可能，为未来结合可再生能源构建“循环型化学制造”与“清洁能源社会”奠定了坚实基础。
对于中国化工及新能源行业而言，这一技术路线提供了极具参考价值的启示：将废弃物资源化与绿色能源生产相结合，不仅能降低碳排放，更能创造新的经济价值。随着中国“双碳”目标的深入推进，类似这种能够同时解决固废处理与能源效率问题的催化技术，值得国内科研机构与企业在后续研发中重点关注与布局。