对聚酯的解聚和回收对经济、生态、碳中和及人类健康具有重大意义。研究者们一直在寻求高效的热解聚催化剂,以实现快速解聚、高选择性和低能耗。
2025年3月17日,中国科学院青岛生物能源与过程技术研究所李朝旭、李明杰在国际知名期刊Advanced Materials上发表了题为《Electromagnetically Heating and Oscillating Liquid Metal for Catalyzing Polyester Depolymerization》的研究论文,Zhuanzhuan Zhai、Chao Li为论文共同第一作者,李朝旭、李明杰为论文共同通讯作者。
李朝旭,中科院青岛生物能源与过程研究所、中科院大学、山东能源研究院研究员,入选省杰青、省泰山学者等人才计划,2004年于中科院化学所获得博士学位,2009年至2013年瑞士苏黎世联邦理工学院从事生物大分子自组装与仿生功能材料研究,2013年于上海大学任特聘教授,2014至今于中科院青岛生物能源与过程研究所任职。
李朝旭主要从事生物基纳米材料(纳米纤丝)、柔性智能材料(智能传感、变形、可穿戴材料;soft robotics)、绿色节能材料产业开发(生物基、发泡、降解材料、低VOC材料)等高端材料研究,在Nat. Nanotechnol.、Adv. Mater.等期刊发表论文120余篇。
李明杰,副研究员,硕导,2010年本科毕业于山东师范大学化学化工与材料科学学院,2015年硕士、博士毕业于天津大学化工学院,期间在中科院过程所联合培养,2015年进入中科院青岛生物能源与过程研究所从事博士后研究,2017年留所工作至今。
李明杰研究方向主要为生物质基智能传感与驱动材料开展基础性研究工作,以第一/通讯作者(含共同)发表包括Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、ACS Nano、ACS Catal.等在内的学术论文近40篇,他引3400多次,H因子30;授权和申报专利20余件。
在本文中,作者发现在交变电磁场作用下,液态金属(LM)可以作为聚酯热解聚的有效自加热器、机械扰动器和催化剂。
当不同的金属(例如Sn、Zn、Al和Mg)溶解到镓中时,液态金属可能会在催化剂和反应物之间提供动态相互作用,自发地富集金属,并在液态金属表面层内发生氧化。
在没有任何常规加热器和机械搅拌器的情况下,聚己内酯可以被催化解聚成ε-己内酯,速率约为700 mg h-1 mL-1,选择性为95.5%。液态金属的高表面张力和高流动性还使得在适当的聚酯(包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚羟基丁酸酯和聚乳酸)进料速度下能够实现连续解聚。
因此,该研究可能提供了一个前所未有的“一站式”液态金属平台,用于连续热解聚聚酯,同时无需任何外部加热器、混合器和催化剂。
图2:镓铝合金用于聚己内酯(PCL)的电磁辅助催化解聚
图3:含不同金属的镓合金用于聚己内酯(PCL)的电磁辅助催化解聚
图4:利用指定液态金属的电磁辅助和催化作用解聚不同聚酯
综上,作者发现液态金属(LM)在交变电磁场下可作为高效的自加热器、机械扰动器和催化剂,用于聚酯(如聚己内酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)的热解催化解聚。
通过在镓中溶解不同金属(如锡、锌、铝和镁),液态金属表面形成动态氧化层,显著提升了解聚反应的活性和选择性。
这一成果不仅为聚酯的可持续回收提供了一种高效、经济且环境友好的新方法,还展示了液态金属在塑料解聚领域的巨大潜力,为未来塑料循环经济和碳中和目标的实现提供了新的技术路径。
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