塑料废弃物的累积已造成严重的环境问题，而高效解聚塑料对于实现可持续的废物管理与循环利用至关重要。然而，要将聚烯烃塑料高选择性地解聚为单体仍是一个挑战。受白炽灯启发，本研究提出利用高温过渡金属丝的催化解聚策略，将聚烯烃塑料转化为烯烃单体，单体选择性最高可达65%。受电加热的过渡金属丝作为局域热源，可升温至高达2300 °C，从而显著促进气态产物的生成。同时，具有陡峭温度梯度的反应区域有效抑制单体的二次转化。通过调控不同高熔点金属元素，可实现单体选择性的可调控性，并可进一步拓展至诸如不锈钢等大宗商品合金材料。

  2025年11月25日，相关工作以Light bulb-inspired high-temperature catalytic depolymerization of polyolefin plastic with high monomer selectivity为题发表在Nature Communications上。文章第一作者为于士杰、韩沛杰，通讯作者为颜宁教授，通讯单位为新加坡国立大学。

  塑料废弃物已成为全球性的环境挑战，实现高效回收需要将塑料降解为结构明确且可再循环的单体。然而，聚烯烃主要由碳碳单键组成，其化学结构缺乏明显的催化活性位点，选择性解聚依然存在挑战。传统热解往往伴随着慢速升温和复杂副反应，即使使用催化剂，从聚烯烃中获得单体的选择性仍然极为有限。

  研究以钨丝作为模型材料，通过调节电压控制灯丝温度，在约1250 °C 时聚乙烯解聚可获得约 48% 的乙烯选择性。聚烯烃种类（包括不同分子量的 PE、PP 以及 PE/PP 混合物）在相同体系中均可产生较高比例的对应烯烃单体。进一步测试的 14 种高熔点金属表现出明显不同的产物分布，其中部分金属（如 Nb、Ta、Pt）可使乙烯选择性超过 60%。机理研究表明，反应器在短时间内形成了仅局限于金属丝周围的高温区，并伴随明显的温度梯度及流场分布，使裂解产物迅速离开高温区。聚烯烃解聚的主要自由基途径为 β-C–C 键断裂，其断裂占据主导地位，驱动链增长机制，选择性地生成烯烃单体。循环实验表明，钨丝在多次操作后仍保持接近的选择性，不锈钢在该体系中也表现出高达约63% 的乙烯选择性。

图1 灯泡启发的高温催化聚烯烃解聚策略

图2 基于高温催化金属丝策略的聚烯烃解聚

  本文基于白炽灯灯丝的特征构建了高温催化金属丝解聚体系，实现了聚烯烃向单体的高选择性转化，并通过实验与模拟计算明确了温度场、流动场以及自由基反应路径对产物分布的影响。研究显示多种高熔点金属都能显著调控单体产率，且一些商品级金属材料如不锈钢可提供与贵金属相近的表现。文章指出，为进一步推动该方法的工程化应用，需要考虑金属丝在长时间运行中的结构稳定性以及实际废塑料中的杂质影响，并需要继续优化反应器结构以适应更大规模操作。

  颜宁教授课题组主页：https://www.yan-group-nus.com/

  原文信息

  Yu, S., Han, P., Li, H. et al. Light bulb-inspired high-temperature catalytic depolymerization of polyolefin plastic with high monomer selectivity. Nat Commun 16, 10494 (2025).

  https://www.nature.com/articles/s41467-025-65524-2