Plastic is the most common material around the world and still, no one utilizes it. The need for renewable energy has been challenged for a long time and photocatalysis is denoted as a potentially promising approach to mine free energy and valorize chemical fuels from plastic waste. However, the development of an effective and selective photocatalyst is still challenging for plastic transformation under ambient conditions. We herein report a mild photocatalytic strategy for C-C bond cleavage of lignin-models. We use green and efficient Giant Keplerate polyoxometalate (POM) photocatalyst whose redox potential can be easily tuned by changing its metal compositions, and finally find out what factor enhances the catalyst’s activity or selectivity on chemical bond cleavage. Identifications by NMR techniques and HS-GCMS analysis indicate that $Mo_{132}$ Giant Keplerate POM shows certain interactions with lignin, water, and polar solvent. Moreover, analysis of redox potentials and mechanistic investigations reveal that photogenerated holes of $Mo_{132}$ can trigger C-C bond cleavage of lignin models efficiently by homolytic ligand to metal charge transfer reaction. This study sheds light on further reuse or recycle of plastic wastes regarding proper consideration of homogeneity behavior, solvent effect, and redox potentials in a given reaction environment.
플라스틱은 이미 우리 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있는 합성화합물이지만, 플라스틱을 분해하는데 막대한 에너지가 들어가기 때문에 아직까지도 매립되거나 자연에 폐기되는 경우가 많다. 동시에 플라스틱을 생산하기 위해 끊임없이 소비되는 화석연료와 이에 들어가는 에너지는 자원의 부족, 에너지 부족, 환경오염 문제를 가속화하고 있으며, 해양으로 흘러 들어간 폐기물이 2차적 환경문제를 일으키고 있는 실정이다. 결과적으로 플라스틱 재활용 기술 개발을 통해 원료를 확보하고 환경문제를 해결하는 것이 중요해지고 있는데, 이를 위해서는 플라스틱 내에 존재하는 안정한 C-O, C-C 화학결합을 선택적으로 끊어내는 기술개발이 선행되어야 하며, 지속가능한발전을 위해 촉매의 효율과 재사용율을 높여야 한다. 이 논문에서는 각 구성성분을 쉽게 치환할 수 있는 기능성 하이브리드 Giant Keplerate Polyoxometalate라는 광촉매를 합성하여 원하는 화학결합을 선택적으로 분해하는 고효율의 촉매 개발을 다루고 있으며, 화학결합 구조가 비슷한 리그닌 모델의 선행연구를 통해 플라스틱 폐기물로 기술을 확장 적용할 수 있는 토대를 마련하고자 한다.
