塑料作為現代工業關鍵基礎材料，已全面滲透到食品包裝、汽車制造、電子電器等核心產業，但目前塑料全生命周期管理矛盾凸顯，尤其終端處置環節已成為制約可持續發展的重大挑戰。當前廢塑料處置體系包含四類技術路徑：物理回收（舊/新料共混改性生產日用品及建材）、化學循環（催化裂解制備單體原料或高值材料）、能源化焚燒（熱能發電）以及集中填埋（協同生活垃圾處置）。其中化學循環可實現資源再生，有望輔助達成碳中和目標。
近日，浙江大學高分子科學與工程學系宋少飛研究員構建了鐵基路易斯酸催化羰基-烯烴復分解體系，采用若干種鐵基催化劑、羰基底物與鹵代溶劑，實現了含雙鍵高分子材料在溫和條件下的高效降解。實驗數據顯示，在優化反應條件下，24小時內降解效率可達82 wt%（延長反應時間可進一步提升效率），成功建立了環境友好型催化降解新策略。
本研究所揭示的鐵基路易斯酸催化羰基-烯烴復分解新機制：通過[2+2]環加成形成四元環中間體，隨后經環裂解實現基團交換。核心路徑包括催化劑與羰基底物配位后，通過分子間協同機理完成噁烷中間體構建或直接生成復分解產物并再生催化劑。降解產物可循環參與反應形成自持鏈式過程，該機制區別于傳統分子內閉環型復分解模式，展現出獨特的降解反應動態平衡特性。
為應對通用塑料的降解挑戰，研究者利用工業化Ziegler-Natta催化劑催化乙烯、異戊二烯、1-己烯三元共聚制備了一種類低密度聚乙烯材料，通過共單體調控實現了向主鏈定量引入不飽和碳碳雙鍵的目的，在隨后的降解實驗中，其可被有效地降解為低分子量的類聚乙烯蠟產物，分子量由114.1 kDa 降至3.6 kDa。由于其力學性質和熱學性質接近商品化的低密度聚乙烯，因此其有望被應用于電纜絕緣護套、高阻隔食品包裝薄膜及農業覆蓋膜領域，從而實現相應材料的可循環利用。
論文信息
Probing the Catalytic Degradation of Unsaturated Polyolefin Materials via Fe-Based Lewis Acids-Initiated Carbonyl–Olefin Metathesis
Liangyu Chen, Zhihao Wang, En Fang, Zhiqiang Fan, Shaofei Song
文章的第一作者是浙江大學高分子科學與工程學系的2024級碩士研究生陳梁昱。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202503408
