塑料作为现代工业关键基础材料，已全面渗透到食品包装、汽车制造、电子电器等核心产业。数据显示，由于人口扩张、消费升级及产业技术革新等共同驱动，全球塑料年产量近十年间由不足3亿吨增至5.4亿吨，未来仍将维持高速增长趋势。目前，废旧塑料的处置已成为制约可持续发展的重大挑战。现有废塑料处置体系主要包含四类技术路径：物理回收（旧/新料共混改性生产日用品及建材）、化学循环（催化裂解制备单体原料或高值材料）、能源化焚烧以及集中填埋。然而，从经济环保维度分析，物理回收存在性能劣化缺陷，焚烧填埋直接违背碳中和目标。化学循环虽暂时面临少量技术瓶颈（高成本、杂质对贵金属催化剂的毒害作用等），然而通过开发新型环保催化体系不断地技术改进、迭代升级将可以解决相关问题，推动闭环资源再生体系的构建与可持续发展。

浙江大学高分子科学与工程学系宋少飞研究员构建了一种铁基路易斯酸催化体系，采用若干种铁基催化剂、羰基底物与卤代溶剂，实现了含双键高分子材料在温和条件下的高效降解（图1）。实验数据显示，在优化反应条件下，24小时内降解效率可达82 wt%（延长反应时间可进一步提升效率）。由于所使用的铁基催化剂来源丰富且部分羰基底物为生物质，因此该方法展现出了环境友好特性。

图1. 本研究中所采用的羰基-烯烃复分解反应及部分铁基路易斯酸、溶剂和酮醛类化合物。

本研究揭示铁基路易斯酸催化聚合物羰基-烯烃复分解新机制（图2）：通过[2+2]环加成形成四元环中间体，随后经环裂解实现基团交换。核心路径包括催化剂与羰基底物配位后，通过分子间协同机理完成噁烷中间体构建或直接生成复分解产物并再生催化剂。降解产物可循环参与反应形成自持链式过程，该机制区别于传统分子内闭环型复分解模式，展现出独特的降解反应动态平衡特性。

图2. 提出Fe基路易斯酸催化不饱和聚合物降解机制。

该研究中成功降解的三种含双键高分子材料都在生产生活中得到广泛应用。其中，顺式-1,4-聚异戊二烯作为合成橡胶核心材料，凭借其类天然橡胶的弹性与耐磨特性，主要应用于轮胎胎面胶、工业输送带及机械减震密封件制造。而苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）作为热塑性弹性体代表，兼具橡胶弹性与热塑加工性，重点服务于改性沥青道路工程、鞋底缓冲材料及医疗器械柔性组件生产。同时，研究人员利用工业级Ziegler-Natta催化剂催化乙烯、异戊二烯、1-己烯三元共聚，得到了一种结构与性质与低密度聚乙烯LDPE类似的聚烯烃材料，通过调控共单体投入量，实现了向主链定量引入不饱和碳碳双键的目的。在随后的降解实验中，其可被有效地降解为低分子量的类聚乙烯蜡产物，分子量由114.1 kDa 降至3.6 kDa（图3）。由于其力学性质和热学性质接近商品化的LDPE，因此其有望被应用于电缆绝缘护套、高阻隔食品包装薄膜及农业覆盖膜领域，从而实现相应材料的可循环利用。

图3.（A）利用Ziegler-Natta催化剂通过乙烯、异戊二烯、1-己烯三元共聚制备类低密度聚乙烯，并通过我们的方法降解为低分子量产物。相应三元共聚物的（B）高温核磁共振氢谱谱图和（C）GPC降解动力学测试。

综上，塑料可降解技术的研发既可有效降低对石油等化石燃料的依赖，也可减少不可再生资源开采及加工过程的温室气体排放，通过产物资源化循环利用，逐步推动循环经济体系构建。这项研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志上。文章第一作者为浙江大学高分子科学与工程学系2024级硕士研究生陈梁昱，共同作者包括范志强教授、硕士研究生王志豪和博士研究生方恩。该研究工作得到国家自然科学基金、浙江大学国际校区种子计划项目的支持。

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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

Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202503408