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清華大學(xué)許華平教授團(tuán)隊(duì) Angew：具有β-硒代羰基結(jié)構(gòu)的聚氨酯同時(shí)實(shí)現(xiàn)塑料降解和廢物升級(jí)

2024-01-02 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：聚氨酯塑料降解廢物升級(jí) 含硒高分子刺激響應(yīng)性

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(huì)分解成低價(jià)值的小分子，與其相對(duì)較高的生產(chǎn)成本不匹配。此外，將塑料廢物再加工處理，升級(jí)再造為高附加值產(chǎn)品是另一種可持續(xù)的方法。因此，設(shè)計(jì)無需額外加工即可直接降解為高附加值產(chǎn)品的聚合物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)塑料降解和廢物升級(jí)再造過程，可以在改善塑料污染的同時(shí)，促進(jìn)發(fā)展更加可持續(xù)的塑料經(jīng)濟(jì)。

圖1 含硒聚氨酯的降解和降解廢物高價(jià)值轉(zhuǎn)化

近期，清華大學(xué)化學(xué)系的許華平教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種含β-硒代羰基結(jié)構(gòu)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(shí)實(shí)現(xiàn)塑料降解和廢物升級(jí)再造（圖1）。該聚氨酯實(shí)現(xiàn)降解功能的核心在于β-硒代羰基結(jié)構(gòu)，其在氧化條件下，會(huì)發(fā)生硒氧化消除反應(yīng)（圖2），在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的斷裂，促進(jìn)聚合物降解的同時(shí)，產(chǎn)生含硒小分子（Se, SeO₃^2-, SeO₄^2-）。SePU具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可以在溶液（圖3）和空氣（圖4）條件下的發(fā)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(nèi)形成類似球晶的硒顆粒（圖4）。該團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了降解產(chǎn)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(xiàng)工作首次將硒氧化消除反應(yīng)用于塑料降解領(lǐng)域，賦予塑料降解性和塑料廢物高再利用價(jià)值，為減少污染、提高塑料的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性提供了一個(gè)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(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》（DOI: 10.1002/anie.202317558）上。文章第一作者是清華大學(xué)化學(xué)系博士生賀超偉，通訊作者為清華大學(xué)化學(xué)系管君助理研究員和許華平教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。

圖2 硒氧化消除反應(yīng)機(jī)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(chǎn)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(dú)特的刺激響應(yīng)性，開發(fā)了一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)塑料降解和降解產(chǎn)物升級(jí)再利用的聚氨酯。這一戰(zhàn)略可以減少塑料污染，并改善降解過程中塑料產(chǎn)品價(jià)值下降的問題，使得聚合物在溫和條件下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的升級(jí)循環(huán)。此外，這一策略有望應(yīng)用于各種聚合物體系，為開發(fā)可持續(xù)可降解的聚合物材料提供一種有前景且經(jīng)濟(jì)可行的方法。

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

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（責(zé)任編輯：xu）

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