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清華大學許華平教授團隊 Angew：具有β-硒代羰基結構的聚氨酯同時實現塑料降解和廢物升級

2024-01-02 來源：高分子科技

可降解聚合物為改善塑料污染問題提供了解決方案，但是聚合物往往會分解成低價值的小分子，與其相對較高的生產成本不匹配。此外，將塑料廢物再加工處理，升級再造為高附加值產品是另一種可持續的方法。因此，設計無需額外加工即可直接降解為高附加值產品的聚合物，同時實現塑料降解和廢物升級再造過程，可以在改善塑料污染的同時，促進發展更加可持續的塑料經濟。

圖1 含硒聚氨酯的降解和降解廢物高價值轉化

近期，清華大學化學系的許華平教授團隊報道了一種含β-硒代羰基結構的聚氨酯（SePU），它可以在溫和的條件下直接降解為高附加值的硒肥，用于富硒蔬菜種植，同時實現塑料降解和廢物升級再造（圖1）。該聚氨酯實現降解功能的核心在于β-硒代羰基結構，其在氧化條件下，會發生硒氧化消除反應（圖2），在實現結構的斷裂，促進聚合物降解的同時，產生含硒小分子（Se, SeO₃^2-, SeO₄^2-）。SePU具有優異的力學性能，可以在溶液（圖3）和空氣（圖4）條件下的發生選擇性地降解。此外，該工作在降解過程中首次觀察到材料內形成類似球晶的硒顆粒（圖4）。該團隊驗證了降解產物可以直接作為硒肥料用于富硒蔬菜的種植，有效提高了蘿卜和上海青的硒含量（圖5）。這項工作首次將硒氧化消除反應用于塑料降解領域，賦予塑料降解性和塑料廢物高再利用價值，為減少污染、提高塑料的經濟性和可持續性提供了一個有前景的解決方案。該工作以“Polyurethane with β-Selenocarbonyl Structure Enabling the Combination of Plastic Degradation and Waste Upcycling”為題發表在《Angewandte Chemie International Edition》（DOI: 10.1002/anie.202317558）上。文章第一作者是清華大學化學系博士生賀超偉，通訊作者為清華大學化學系管君助理研究員和許華平教授。該研究得到國家自然科學基金委的支持。

圖2 硒氧化消除反應機理和SePU的合成與表征

圖3 SePU在溶液中的降解行為

圖4 SePU在空氣中的降解行為

圖5 降解產物直接作為硒肥，用于富硒蘿卜和上海青的種植

該工作利用含硒高分子獨特的刺激響應性，開發了一種可以同時實現塑料降解和降解產物升級再利用的聚氨酯。這一戰略可以減少塑料污染，并改善降解過程中塑料產品價值下降的問題，使得聚合物在溫和條件下實現經濟和可持續的升級循環。此外，這一策略有望應用于各種聚合物體系，為開發可持續可降解的聚合物材料提供一種有前景且經濟可行的方法。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202317558

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（責任編輯：xu）

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