苏州大学陈金星 Angew ：让废塑料停止“舞动” - 熵限域提高塑料催化回收活性

2023-10-11 来源：高分子科技

在塑料回收方面，现有的研究基本都集中在设计高性能催化剂，以加速决速步骤“碳-碳断裂”，进而提高整体的催化活性。然而，聚合物大分子的本征自由熵并没有得到关注。在本工作中，作者提出了抑制聚合物的高自由度并理解自由熵对于催化活性的影响，也可以提升催化性能。

图1 催化剂的传统浸渍和精确浸渍合成

近期，苏州大学功能纳米与软物质研究院陈金星副教授通过精确浸渍法合成了钌纳米颗粒在SBA-15孔道中均匀分布的p-Ru/SBA催化剂（图1）。该催化剂具有较高的LDPE固相转化率(1106 g·g_Ru^-1·h^-1)和较窄的产物分布，主要由高值柴油组成（图2a,b,d）。值得注意的是，即使在230℃的较低反应温度下，p-Ru/SBA的催化活性也比Ru/SiO₂的催化活性高4.9倍，比240℃的商业Ru/C的催化活性高14.0倍（图2c）。通过各种分析发现，强局域化导致的熵限域效应限制了大分子链的自由度，从而有利于过渡态的稳定吸附（图3）。这项研究工作证明了熵限域的重要性，并强调了在密闭空间中进一步理解和优化催化过程的潜力。该工作以“Entropy Confinement Promotes Hydrogenolysis Activity for Polyethylene Upcycling”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313174）。文章第一作者是苏州大学硕士研究生康庆运和博士生褚名宇。

图2 钌催化剂上的聚烯烃氢解

图3 烷烃载体相互作用和熵限域效应

该工作是团队近期关于聚烯烃氢解相关研究的最新进展之一。塑料废物的复杂性和多样性往往给塑料的化学回收带来极大的挑战。为此团队从塑料化学回收的基础研究工作出发，提高催化活性和产物选择性，揭示了塑料化学回收中的催化剂结构和性能之间的关系（Angew. Chem. 2023, e202313174; Angew. Chem., 2023, e202308930； Research, 2023, 6, 0032; Appl. Catal. B, 2023, 339, 123122）。另一方面，传统的热催化塑料降解虽然具有较高的催化活性和较好的产物选择性，但其依然面临高能耗的问题，为应对这一挑战，发展了光热材料精准合成新策略，为光热催化提供材料基础（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 4117; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 9275；J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 20513; ACS Energy Lett., 2022, 7, 3476; ACS Nano, 2022, 16, 910；Matter, 2022, 5, 1305; Adv. Funct. Mater., 2023, 2210283）。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202313174

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（责任编辑：xu）

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