近日，我校化学与分子工程学院李艳课题组与戴升课题组合作，在温和条件下催化转化废弃聚烯烃塑料制备小分子烯烃领域取得了重要进展。相关成果以“Mild-Condition Upcycling of Polyolefins Enabled by Micropore Confinement in Zeolites”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed.。
塑料已成为现代社会不可或缺的材料，但“高产量-低回收-高环境负担”的矛盾日益突出。在塑料污染与碳资源浪费的双重压力下，将废塑料转化为可直接进入化工产业链的基础化学品，是推动循环经济的重要路径。其中，聚烯烃（主要包括聚乙烯PE和聚丙烯PP）是规模最大的一类塑料，其饱和烃主链赋予材料高耐久性，也使其难以降解并成为最主要的废塑料来源之一。聚烯烃惰性C–C主链通常需超过450 °C才能有效热裂解，能耗高且产物分布难控；低温催化路线则往往依赖氢气、氧气、小分子烃类或离子液体等共反应物来推动反应，并仍受扩散受限与催化剂失活制约。
针对上述问题，本研究提出一种无需任何共反应物的聚烯烃升级回收策略：在240 °C、1 atm N2气氛下，利用短b轴HZSM-5纳米片分子筛即可将聚烯烃高效裂解为小分子烯烃。优化的催化剂在低密度聚乙烯转化中实现94.7%的转化率和90.0%的C2–C6烯烃选择性，并表现出优异的抗积碳能力。该研究的核心在于将“微孔限域效应”从传统的被动筛分提升为主动调控反应网络的工具。课题组通过协同调控s-ZSM-5的微孔限域与酸性，使裂解过程在分子筛微孔内形成受限的“异构化-低聚-断裂”（IOS）动态循环；生成的小分子烯烃因扩散系数差异可优先、快速逸出孔道，从而持续扰动孔内局部反应平衡并推动连续裂解，实现对目标烯烃产物的选择性强化。
基于这一认识，本研究一方面基于孔道限域效应与分子扩散行为，构建了可控的选择性裂解策略，为降低能耗并减少对氢气、溶剂或共反应物等工艺要素的依赖提供了新路径。另一方面，提出的IOS循环及其扩散耦合机制为理解“聚合物在微孔中的动态反应网络”提供了新的机理框架，有助于指导其他分子筛与多孔固体酸催化体系的理性设计。
化学学院李艳教授和戴升教授为该论文的通讯作者，博士研究生林倬汉为论文的第一作者。研究工作得到了结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室和费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心等平台的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/ange.202525081
