铁基路易斯酸催化降解含双键高分子材料

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，但目前塑料全生命周期管理矛盾凸显，尤其终端处置环节已成为制约可持续发展的重大挑战。当前废塑料处置体系包含四类技术路径：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（热能发电）以及集中填埋（协同生活垃圾处置）。其中化学循环可实现资源再生，有望辅助达成碳中和目标。

近日，浙江大学高分子科学与工程学系宋少飞研究员构建了铁基路易斯酸催化羰基-烯烃复分解体系，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。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），成功建立了环境友好型催化降解新策略。

本研究所揭示的铁基路易斯酸催化羰基-烯烃复分解新机制：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。

为应对通用塑料的降解挑战，研究者利用工业化Ziegler-Natta催化剂催化乙烯、异戊二烯、1-己烯三元共聚制备了一种类低密度聚乙烯材料，通过共单体调控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。由于其力学性质和热学性质接近商品化的低密度聚乙烯，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。