宁波材料所在废弃聚酯高效降解新方法研究方面取得新进展

    塑料给人们生活带来便利的同时，也正在带来全球化的环境危机，被丢弃的塑料垃圾已成为环境污染的主要源头之一。由于塑料分子本身结构稳定，其在自然环境中可能长达数十年甚至上百年也难以被分解。因此，探索和研究塑料高效降解新方法已经迫在眉睫。聚酯是最为重要的一类塑料，其中以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）最为常见。目前聚酯的降解条件苛刻、效率不高，亟需发展一种条件温和且高效实用的降解新方法。

    近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所有机储氢与催化团队首次提出了酯交换/氢化接力的新策略，并通过使用自主设计的基于喹哪啶骨架的新型三齿钳形钌络合物，发展了一种迄今为止最为温和的聚酯降解新方法之一（80℃，1 bar H₂ ，图1），反应催化转化数（TON）最高可达1520。

    该方法具有优异的普适性，不仅可以降解各种PET制品，如饮料瓶、漱口水瓶、隔音板、废布料等，还可以兼容其他类型的聚酯材料（如聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）等，图2）。科研人员对反应机理进行了深入研究，确定了反应的真实活性催化物种，并且证明该物种能够在质子性溶剂中稳定存在。此外，一系列对照实验表明，甲醇在提高该方法的降解效率中起到了决定性作用：一是通过醇解将大分子PET降解为小分子寡聚物，从而提高PET在反应体系中的溶解度；二是可以抑制产物醇与酯的反应，并通过对寡聚物的醇解释放产物；三是可以促进聚酯的氢化反应。

    该方法还实现了从废弃聚酯直接出发，通过两步法高效合成重要的化工原料1,4-环己烷二甲醇（CHDM），证明该方法具备广阔的应用潜力。CHDM是一种高端特种聚酯的生产原料，市场需求量逐年攀升，但是价格昂贵，技术被国外长期垄断。该方法为助力实现“双碳”目标和废弃塑料的资源化再利用提供了新思路。

  相关成果以“Highly Efficient Depolymerization of Waste Polyesters Enabled by Transesterification/Hydrogenation Relay Under Mild Conditions”为题发表在化学领域权威期刊Angewandte Chemie（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202312564，论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202312564）。

    宁波材料所胡越副研究员为论文第一作者，谢银君研究员为通讯作者。研究工作得到了宁波市“3315引才计划”（2020A-32-C）、宁波市“科技创新2025”重大专项（2022Z156）、宁波市自然科学基金（2022J287）的支持。

图1 酯交换/氢化接力策略用于聚酯高效活化

图2 反应普适性以及应用考察

图3 聚酯氢化反应的机理

　　（新能源所 胡越）