塑料生产的快速增长和不足的回收基础设施造成了前所未有的废物管理挑战和公共卫生问题。自20世纪50年代以来，已生产了超过83亿吨塑料，但只有不到10%得到了有效回收，大部分塑料堆积在垃圾填埋场或自然环境中，其中耐用的聚合物会持续存在数百年。[1], [2], [3] 传统的机械回收方法存在聚合物降解、对污染敏感以及不适用于混合或高性能塑料的问题。[4], [5], [6] 因此，大多数报废塑料要么被焚烧，要么被填埋，导致温室气体排放、资源损失和长期的环境影响。[7], [8] 这些挑战促使人们密集研究能够从复杂塑料废物流中回收价值的替代回收和升级策略。
包括热解、气化、溶剂分解和催化解聚在内的化学回收方法已被广泛探索，以克服机械回收的局限性。[4], [9], [10] 热解和气化可以处理混合塑料，但通常需要高温（>500 ℃），产生广泛的产品分布，并生成大量的低价值炭和CO2。[11], [12] 溶剂分解和化学解聚可以实现单体回收，但往往依赖于强溶剂、高压或特定于聚合物的条件，这限制了可扩展性和原料灵活性。[4], [13], [14] 对于高性能塑料来说，这些限制尤为严重，因为它们的优异化学和热稳定性使得它们不适合传统的回收途径。
聚酰亚胺（PI）是一种具有出色热稳定性、机械强度和化学抗性的代表性高性能聚合物，广泛应用于航空航天、电子和先进制造领域。[15], [16] 然而，这些特性也使得PI极难回收。机械回收不可行且可能产生微塑料，而热法和催化法通常会导致解聚不完全、主链严重降解或产生低价值的芳香炭。[17], [18], [19], [20] 最近的化学或光电化学PI降解尝试展示了概念验证活性，但仍受选择性低、间歇操作或可扩展性不明确等因素的限制。[21], [22], [23] 因此，大多数PI废物，尤其是来自电子应用的含金属PI废物，仍然被焚烧或填埋，这凸显了可持续回收技术中的关键缺口。
电化学升级作为一种有前景的替代方法，能够在常温条件下选择性断裂化学键，并将废物转化直接与可再生电力结合。[24], [25], [26], [27], [28], [29], [30] 值得注意的是，如PET和生物质衍生的芳香族化合物的电化学重整已显示出同时生产高附加值化学品和氢燃料的能力，且能耗较低。[27], [31] 基于镍的氧氢氧化物（NiOOH）在碱性条件下通过高价态氧化还原循环介导C-C和C-杂原子键的断裂方面表现出特别有效性。[30], [32], [33] 重要的是，这种电化学环境还能高效回收贵金属污染物，同时产生最小的二次污染。尽管取得了这些进展，但由于聚酰亚胺芳香主链的异常稳定性，其电化学升级尚未实现。
除了催化性能外，电化学塑料升级的实际应用还需要解决可再生能源整合、间歇性和下游产品利用问题。[24], [25], [31], [34] 太阳能驱动的电化学系统为完全脱碳运行提供了途径，但由于电力供应的波动，实现连续离网功能仍然具有挑战性。[28], [29], [35] 此外，大多数报道的电化学回收研究仅关注单一产品流，导致二次氧化产物未得到充分利用，从而降低了整体工艺效率。相比之下，串联电生物系统通过升级二次产物而不是将其作为废物排放，实现了近乎完全的原子利用。
在这里，我们报道了一个完全由太阳能驱动、由电池缓冲的电生物平台，用于将聚酰亚胺塑料废物循环升级为绿色氢气、回收的均苯四甲酸（PMA）单体和适合用作动物饲料的富含蛋白质的微生物生物质。该过程结合了基于镍的电化学环裂解与低分子量氧化产物的生物转化，能够在间歇性太阳能输入下实现24小时连续运行。使用原位光谱进行的机理研究表明，Ni3+介导的间接氧化途径负责选择性芳香C-C/C-N键的活化。系统级的生命周期和技术经济分析进一步证明了净能量和碳足迹的负值以及强大的经济潜力。总体而言，这项工作建立了一种可扩展且通用的策略，将原本无法回收的高性能塑料转化为燃料、化学品和食品相关资源，所有这些都在一个由可再生能源驱动的平台上完成。与传统的热化学和溶剂基回收方法相比，这种集成式的太阳能驱动电生物方法同时实现了温和条件下的解聚、可再生氢气生成、金属回收和侧副产物的生物转化，从而将聚酰亚胺回收从废物管理重新定义为可再生资源生产。
