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  塑料廢棄物的累積已造成嚴重的環境問題，而高效解聚塑料對于實現可持續的廢物管理與循環利用至關重要。然而，要將聚烯烴塑料高選擇性地解聚為單體仍是一個挑戰。受白熾燈啟發，本研究提出利用高溫過渡金屬絲的催化解聚策略，將聚烯烴塑料轉化為烯烴單體，單體選擇性最高可達65%。受電加熱的過渡金屬絲作為局域熱源，可升溫至高達2300 °C，從而顯著促進氣態產物的生成。同時，具有陡峭溫度梯度的反應區域有效抑制單體的二次轉化。通過調控不同高熔點金屬元素，可實現單體選擇性的可調控性，并可進一步拓展至諸如不銹鋼等大宗商品合金材料。

  2025年11月25日，相關工作以Light bulb-inspired high-temperature catalytic depolymerization of polyolefin plastic with high monomer selectivity為題發表在Nature Communications上。文章第一作者為于士杰、韓沛杰，通訊作者為顏寧教授，通訊單位為新加坡國立大學。

  塑料廢棄物已成為全球性的環境挑戰，實現高效回收需要將塑料降解為結構明確且可再循環的單體。然而，聚烯烴主要由碳碳單鍵組成，其化學結構缺乏明顯的催化活性位點，選擇性解聚依然存在挑戰。傳統熱解往往伴隨著慢速升溫和復雜副反應，即使使用催化劑，從聚烯烴中獲得單體的選擇性仍然極為有限。

  研究以鎢絲作為模型材料，通過調節電壓控制燈絲溫度，在約1250 °C 時聚乙烯解聚可獲得約 48% 的乙烯選擇性。聚烯烴種類（包括不同分子量的 PE、PP 以及 PE/PP 混合物）在相同體系中均可產生較高比例的對應烯烴單體。進一步測試的 14 種高熔點金屬表現出明顯不同的產物分布，其中部分金屬（如 Nb、Ta、Pt）可使乙烯選擇性超過 60%。機理研究表明，反應器在短時間內形成了僅局限于金屬絲周圍的高溫區，并伴隨明顯的溫度梯度及流場分布，使裂解產物迅速離開高溫區。聚烯烴解聚的主要自由基途徑為 β-C–C 鍵斷裂，其斷裂占據主導地位，驅動鏈增長機制，選擇性地生成烯烴單體。循環實驗表明，鎢絲在多次操作后仍保持接近的選擇性，不銹鋼在該體系中也表現出高達約63% 的乙烯選擇性。

圖1 燈泡啟發的高溫催化聚烯烴解聚策略

圖2 基于高溫催化金屬絲策略的聚烯烴解聚

  本文基于白熾燈燈絲的特征構建了高溫催化金屬絲解聚體系，實現了聚烯烴向單體的高選擇性轉化，并通過實驗與模擬計算明確了溫度場、流動場以及自由基反應路徑對產物分布的影響。研究顯示多種高熔點金屬都能顯著調控單體產率，且一些商品級金屬材料如不銹鋼可提供與貴金屬相近的表現。文章指出，為進一步推動該方法的工程化應用，需要考慮金屬絲在長時間運行中的結構穩定性以及實際廢塑料中的雜質影響，并需要繼續優化反應器結構以適應更大規模操作。

  顏寧教授課題組主頁：https://www.yan-group-nus.com/

  原文信息

  Yu, S., Han, P., Li, H. et al. Light bulb-inspired high-temperature catalytic depolymerization of polyolefin plastic with high monomer selectivity. Nat Commun 16, 10494 (2025).

  https://www.nature.com/articles/s41467-025-65524-2