引言：聚酮材料的难题与塑料污染的困境与希望

  在塑料家族中，有一类特殊材料叫“聚酮”—由乙烯和一氧化碳交替排列而成。它强度高、耐化学腐蚀，但有个致命缺点：加工温度高达252℃，几乎无法熔融成型，更遗憾的是，传统合成方法只能得到严格交替的链结构（―CH₂-CH₂-CO―），限制了材料设计的灵活性。

  每年，全球产生超过3亿吨塑料垃圾，其中聚乙烯（PE）和尼龙（PA）因化学性质差异难以混合回收，最终沦为填埋场或海洋污染物。如何将这两种“水火不容”的塑料转化为高性能材料？大连理工大学刘野团队的最新研究，首次实现了羰基在聚酮链中的宏观均匀分布，让材料性能实现"按需订制"，成功实现PE与尼龙的高效兼容，为混合塑料回收开辟新路径。

技术核心：打破"交替魔咒" ，实现一箭双雕的“分子缝合术”

1. 串联气体补偿策略

  传统方法中，反应釜内的气体消耗会导致产物不均匀。团队发明了动态调气技术：

• 初始阶段：乙烯/CO=9:1（诱导非交替结构形成）
  

  
  

• 反应中：实时调整为3:2（单体消耗与聚合物生成达到动态平衡）
  
  

  最终得到的聚酮，羰基分布均匀，彻底告别"梯度共聚物"的缺陷。通过串联气体补偿策略，可以轻松实现聚合物中的羰基含量的灵活调控（0%~50%）。

2. 聚乙烯-交替聚酮双倾向构建准多嵌段结构

  通过全面的结构分析发现，新材料具有独特的“长短链交替”架构：

• 短极性段（―(CH₂-CH₂)_n-CO―，n < 4）：与尼龙形成氢键结合。

  
  

• 长非极性段（≥4个乙烯）：维持结晶性能诱导聚酮与PE的共结晶。这种结构像“分子拉链”，完美匹配PE和尼龙的特性需求，使原本不相容的PE和尼龙在微观层面紧密结合，复合材料抗冲击强度提升3倍，断裂伸长率从42.9%跃升至437%。

科学意义：从“对立”到“统一”的分子设计

  这项研究首次揭示了非极性聚乙烯与极性交替聚酮的相演化机制，通过“长程无序-短程有序”的链结构设计，打破了传统交替共聚的局限。证明非交替结构不是缺陷，而是性能调控的新维度，就像为PE和尼龙搭建了分子桥梁，让它们在界面处“握手言和”。

  此外，此非交替共聚反应是均相聚合反应，没有淤浆聚合反应釜结垢的问题，金属催化剂更容易回收利用，反应最高的转化数可达7 kg PK/g Pd，非常容易工业化放大。

  以上研究成果以“On-demand nonalternating copolymerization enables upcycling of mixed polyethylene and nylon plastics”为题，发表在J. Am. Chem. Soc. 上，并被选为封面文章（Front Cover）。论文的第一作者是大连理工大学化工学院博士生张文丽，通讯作者是大连理工大学精细化工国家重点实验室刘野教授，该项目得到了国家自然科学基金（NSFC, Grant 52273004, 92356305）的支持。

刘野简介

  刘野，大连理工大学精细化工国家重点实验室教授，博士生导师。2008年于大连理工大学化工学院获得学士学位，2014年于大连理工大学获得应用化学工学博士学位（导师：吕小兵教授）。2016 ~ 2018年在德国康斯坦茨大学从事洪堡博士后研究（合作导师：Prof. Stefan Mecking），随后破格晋升教授，次年入选国家级青年人才。主要研究方向为高分子合成化学、聚酮树脂和纤维等。近5年通讯作者代表性工作（J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 34560;2021, 143, 10743.Angew. Chem. Int. Ed.2024, 63, e202404186;2022, 61, e202204492;2022, 61, e202204126;2022, 61, e202116208.ACS Catal.2021, 11, 8349.Macromolecules2020, 53, 2912; 2021, 54, 4641;2023, 56, 510;2023, 56, 1759; 2024, 57, 4174;J. Catal. 2023, 417, 334;ACS Macro Lett.2024, 13, 1099）。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c09549