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引言：聚酮材料的難題與塑料污染的困境與希望

  在塑料家族中，有一類特殊材料叫“聚酮”—由乙烯和一氧化碳交替排列而成。它強度高、耐化學腐蝕，但有個致命缺點：加工溫度高達252℃，幾乎無法熔融成型，更遺憾的是，傳統合成方法只能得到嚴格交替的鏈結構（―CH₂-CH₂-CO―），限制了材料設計的靈活性。

  每年，全球產生超過3億噸塑料垃圾，其中聚乙烯（PE）和尼龍（PA）因化學性質差異難以混合回收，最終淪為填埋場或海洋污染物。如何將這兩種“水火不容”的塑料轉化為高性能材料？大連理工大學劉野團隊的最新研究，首次實現了羰基在聚酮鏈中的宏觀均勻分布，讓材料性能實現"按需訂制"，成功實現PE與尼龍的高效兼容，為混合塑料回收開辟新路徑。

技術核心：打破"交替魔咒" ，實現一箭雙雕的“分子縫合術”

1. 串聯氣體補償策略

  傳統方法中，反應釜內的氣體消耗會導致產物不均勻。團隊發明了動態調氣技術：

• 初始階段：乙烯/CO=9:1（誘導非交替結構形成）
  

  
  

• 反應中：實時調整為3:2（單體消耗與聚合物生成達到動態平衡）
  
  

  最終得到的聚酮，羰基分布均勻，徹底告別"梯度共聚物"的缺陷。通過串聯氣體補償策略，可以輕松實現聚合物中的羰基含量的靈活調控（0%~50%）。

2. 聚乙烯-交替聚酮雙傾向構建準多嵌段結構

  通過全面的結構分析發現，新材料具有獨特的“長短鏈交替”架構：

• 短極性段（―(CH₂-CH₂)_n-CO―，n < 4）：與尼龍形成氫鍵結合。

  
  

• 長非極性段（≥4個乙烯）：維持結晶性能誘導聚酮與PE的共結晶。這種結構像“分子拉鏈”，完美匹配PE和尼龍的特性需求，使原本不相容的PE和尼龍在微觀層面緊密結合，復合材料抗沖擊強度提升3倍，斷裂伸長率從42.9%躍升至437%。

科學意義：從“對立”到“統一”的分子設計

  這項研究首次揭示了非極性聚乙烯與極性交替聚酮的相演化機制，通過“長程無序-短程有序”的鏈結構設計，打破了傳統交替共聚的局限。證明非交替結構不是缺陷，而是性能調控的新維度，就像為PE和尼龍搭建了分子橋梁，讓它們在界面處“握手言和”。

  此外，此非交替共聚反應是均相聚合反應，沒有淤漿聚合反應釜結垢的問題，金屬催化劑更容易回收利用，反應最高的轉化數可達7 kg PK/g Pd，非常容易工業化放大。

  以上研究成果以“On-demand nonalternating copolymerization enables upcycling of mixed polyethylene and nylon plastics”為題，發表在J. Am. Chem. Soc. 上，并被選為封面文章（Front Cover）。論文的第一作者是大連理工大學化工學院博士生張文麗，通訊作者是大連理工大學精細化工國家重點實驗室劉野教授，該項目得到了國家自然科學基金（NSFC, Grant 52273004, 92356305）的支持。

劉野簡介

  劉野，大連理工大學精細化工國家重點實驗室教授，博士生導師。2008年于大連理工大學化工學院獲得學士學位，2014年于大連理工大學獲得應用化學工學博士學位（導師：呂小兵教授）。2016 ~ 2018年在德國康斯坦茨大學從事洪堡博士后研究（合作導師：Prof. Stefan Mecking），隨后破格晉升教授，次年入選國家級青年人才。主要研究方向為高分子合成化學、聚酮樹脂和纖維等。近5年通訊作者代表性工作（J. Am. Chem. Soc.2024, 146, 34560;2021, 143, 10743.Angew. Chem. Int. Ed.2024, 63, e202404186;2022, 61, e202204492;2022, 61, e202204126;2022, 61, e202116208.ACS Catal.2021, 11, 8349.Macromolecules2020, 53, 2912; 2021, 54, 4641;2023, 56, 510;2023, 56, 1759; 2024, 57, 4174;J. Catal. 2023, 417, 334;ACS Macro Lett.2024, 13, 1099）。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c09549