塑料升級再造的多維機遇與挑戰 全球塑料年產量已超過5億噸，但僅有不足20%的塑料廢棄物通過環保方式實現回收。傳統回收技術（如機械加工、高溫熱解）面臨高能耗、產物附加值低等瓶頸，尤其針對聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等常見塑料，其化學惰性導致難以高效轉化為高價值化學品或材料。在此背景下，如何通過“升級再造”（Upcycling）將塑料廢棄物轉化為可持續化學品及功能材料，已成為破解環境危機與資源循環利用難題的核心策略。 接力催化：突破傳統的新策略 在全球塑料污染持續加劇與傳統回收技術受限于效率低、能耗高、產物附加值不足等瓶頸的背景下，近年來“接力催化”策略逐漸成為研究熱點。該策略通過多催化劑的協同作用，在溫和反應條件下將塑料廢棄物高效轉化為高附加值化學品或功能材料。其核心創新在于采用分階段的反應路徑設計（如定向斷裂聚合物鏈、精準調控中間體穩定性等），實現對反應中間產物的動態調控，從而顯著提升目標產物的選擇性并抑制副反應。例如，在塑料降解過程中，前序催化劑優先選擇性地斷裂聚合物主鏈，隨后后序催化劑定向活化關鍵中間體，形成“催化接力”效應，系統性解決了傳統降解中選擇性差、副產物多等核心難題。這一策略不僅為塑料廢棄物的高值化利用開辟了新路徑，更通過多催化劑協同作用機制，為復雜大分子轉化提供了兼具理論指導與技術可行性的創新范式。 核心觀點 復旦大學曹勇教授、賀鶴勇教授團隊通過系統性綜述與總結，全面梳理了現有“接力催化”技術的優劣勢，并基于此提出了未來研究方向，為塑料廢棄物的高值化利用提供了從理論到實踐的完整解決方案。該研究的核心創新在于提出四種接力催化模式（如定向斷裂-選擇性活化、中間體穩定化-高效轉化等），通過分階段路徑設計與多催化劑協同作用，在溫和反應條件下將塑料廢棄物高效轉化為高附加值化學品或功能材料。研究不僅揭示了不同催化模式對聚合物降解路徑的調控機制，還通過對比分析明確了各模式在產物選擇性、能耗及經濟性等方面的差異化優勢，為技術優化與產業應用提供了關鍵依據。
四種接力模式為： Mode 1：直接單體/小分子轉化：聚合物 → 單體或小分子（通過單體中間體）。 特點：直接回收化學合成的基本單元（如單體），為新聚合物合成提供原料。 Mode 2：部分解聚中間體轉化：聚合物 → 低聚物中間體 → 高附加值小分子。 特點：通過部分降解簡化復雜結構，提升轉化選擇性與產率。 Mode 3：聚合物骨架功能化升級：聚合物 → 功能化高分子（保留聚合物骨架）。 特點：通過改性延長材料壽命，賦予新性能，減少廢棄物。 Mode 4：功能化聚合物合成新材料：功能化聚合物 → 新型高分子材料（如金屬有機框架）。 特點：以功能化聚合物為前驅體，合成性能更優的材料。 四種模式通過分步催化實現塑料廢棄物的“階梯式升級”：從基礎單體回收（Mode 1）、化學品生產（Mode 2），到材料性能提升（Mode 3），最終合成全新高價值材料（Mode 4），系統性覆蓋了塑料高值化利用的全鏈條路徑。 技術優勢與未來展望 “接力催化”理念的核心在于“分階段路徑設計”，即通過精準調控多催化劑組合與反應步驟，在溫和條件下實現塑料的定向轉化，顯著降低能耗并減少副產物生成，其策略的關鍵創新在于將復雜降解過程拆解為可控的“催化接力”步驟，例如通過前序催化劑選擇性斷裂聚合物主鏈、后序催化劑定向活化關鍵中間體，從而實現產物結構與組成的精準控制。團隊提出的四種接力模式（如定向斷裂-選擇性活化、主鏈斷裂-官能團化等）在聚烯烴等塑料處理中已展現顯著優勢，例如“主鏈斷裂-官能團化”模式可將產物選擇性提升至80%以上，同時通過對比分析明確了不同模式在產物選擇性、能耗及經濟性等方面的差異化優勢；未來研究將聚焦催化劑動態調控、光/電催化耦合技術開發及混合塑料協同處理工藝，以實現低碳低能耗的催化體系構建，推動塑料回收從“降級循環”向“升級再造”轉型，為碳中和目標下的循環經濟提供兼具環境效益與經濟可行性的系統性解決方案。 論文信息 Relay Catalysis Enabling the Value-Added Upgrading of Plastic Wastes Dr. Kaizhi Wang, Zehui Sun, Ting Yang, Wendi Guo Feifan Gao, Mugeng Chen, Prof. Yongmei Liu, Prof. Heyong He, Prof. Yong Cao 該綜述的第一作者為復旦大學博士后王開志，通訊作者為曹勇教授、賀鶴勇教授和劉永梅教授。 ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202500018
