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  聚烯烴憑借其低廉的價格和優異的性能，已成為現代生活中最廣泛應用的材料之一。然而其穩定的碳-碳骨架結構使其難以自然降解，造成了一定的程度環境污染問題。而利用廉價的大宗烯烴原料來合成低成本、高性能、可降解和可化學回收的聚烯烴替代材料是當下的重大需求和關鍵挑戰之一。聚酯具有易于水解的酯鍵結構和理想的單體-聚合平衡，因此展現出可降解和化學回收的潛力。將大宗烯烴原料環氧化后與廉價的環狀酸酐進行開環共聚是價格經濟、性能可調的聚酯合成方案之一。但受限于分子量較低等挑戰，這一方案合成的聚酯材料性能有限，制約著其進一步應用。通過對催化體系的理性設計來提高聚酯的分子量，繼而提高聚酯的性能一直是學術界極為關注的研究熱點之一。雖然目前已報道了許多優異的催化體系，成功實現了大宗烯烴基（如乙烯、丙烯、1-丁烯和環己烯）衍生的環氧化物和廉價的鄰苯二甲酸酐的開環共聚來合成高分子量且高性能的聚酯材料；然而對于苯乙烯、丁二烯和異丁烯基的環氧化物和環狀酸酐的開環共聚，仍面臨由于副反應存在造成所合成聚酯難以達到高分子量這一關鍵挑戰。

  針對上述挑戰，中科院長春應化所陳學思研究員、龐烜研究員和胡晨陽副研究員團隊于近年聚焦于通過抑制開環聚合中存在的核心副反應實現可控聚合，開展了系統性研究（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 9836-9843; J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 12115-12126; Adv. Mater., 2025, 37, 2412185; Natl. Sci. Rev., 2025, 12, nwaf534）。在本工作中，作者闡明了氧化苯乙烯、乙烯基環氧乙烷和氧化異丁烯等大宗環氧化物的酸敏感特性、及存在的酸誘導Meinwald重排競爭性副反應：由于體系中存在的酸性雜質（二酸、二醇和水等）幾乎不可避免，其會誘導系列環氧化物異構化為醛類物質，這些醛會進一步與環氧化物和環狀酸酐反應進一步形成羧酸，從而發生級聯自催化異構化反應（圖2），產生的大量醛類副產物能作為額外的引發劑造成鏈轉移，最終降低聚合可控性、限制聚酯分子量的提高。

  該成果于2026年2月12日以“Acid-base pair-mediated copolymerization of acid-sensitive epoxides and cyclic anhydride for synthesizing recyclable thermoplastics”為題發表于《Nature Communications》，中科院長春應化所博士研究生謝振彪為論文的第一作者。該研究得到國家自然科學基金委和中國科學院的支持。長春應化所的周奕含老師和王浩老師在利用基質輔助解析技術表征聚酯方面提供了幫助。

圖1. 本研究工作內容梗概

圖2. 闡明聚合體系中Meinwald副反應及影響機制

  基于充分闡明這一異構化副反應機制，作者提出了基于抑制雜質酸催化副反應實現可控開環聚合的新策略。這一策略利用大位阻的堿來作為縛酸劑來抑制異構化副反應，以及弱酸來活化單體，從而成功基于酸敏感型環氧化物和鄰苯二甲酸酐的可控開環共聚，實現了高分子量聚酯合成（圖1）。由于分子量的大幅提升，本研究首次由該系列單體組合直接合成具有實際應用價值的可降解聚酯材料，這些高分子量的聚酯具有優異的力學性能，媲美聚苯乙烯樹脂（圖3）。

圖3. 本研究中合成的高分子量聚酯的性能表征

  此外，受這些酸敏感型環氧化物的異構化機制啟發，作者使用酸催化劑（對甲苯磺酸和ZnCl₂），成功在溫和條件下將這些聚酯化學回收為環狀酸酐和醛單體（圖4）。

圖4. 本研究中代表性聚酯的化學回收過程示意圖

  原文鏈接 https://doi.org/10.1038/s41467-026-69201-w