正在分解塑料的催化剂的示意图。白色球壳代表介孔二氧化硅壳，上面分布着大小均一的孔隙。内核上的小球体代表催化位点，左侧那些小球体的尺寸比右侧的小得多，代表铂纳米颗粒的大小差异。较长的细条代表催化前的聚合物长链，较短的细条是催化后的产物。所有较短细条在尺寸上都差不多，意味着不同型号催化剂的选择性是一致的。较小的催化剂位点则产生了更多的短细条，它们的催化速率更快

2020年，美国能源部下属的艾姆斯实验室发现了第一种可能化塑为宝的进行性无机催化剂。该催化剂能将聚烯烃塑料的长链分解为较短分子，后者有望用于制造更具价值的产品，实现塑料废物的循环利用。催化剂的设计团队由该实验室催化化学家黄文裕等领衔。

近期，该团队又发表论文，详细介绍了他们的催化剂体系，及其对塑料循环的巨大潜力。

催化剂的结构是这样的：铂纳米颗粒组成催化核心，被介孔二氧化硅包裹，形成核壳结构，另有二氧化硅球支撑此结构。所需的铂总量非常少——这一点很关键，因为铂成本极高且供应有限。在分解塑料的过程中，聚合物长链通过壳层上尺寸均一的孔隙进入核心区，并接触催化位点，从而被分解为短链片段。原来的塑料变成了具备再利用潜质的某种“二次原料”。

艾姆斯实验室的科学家、塑料合作升级循环研究所（iCOUP）主任亚伦 · 萨多（Aaron Sadow）表示，黄文裕团队制作了3种型号的催化剂，每个型号的核心及多孔壳层都有着相同尺寸，但组成核心的铂颗粒的直径各异，分别为1.7 nm、2.9 nm、5.0 nm。

研究人员起初判断铂颗粒大小的差异会影响分解产物的链长度，更大的铂颗粒会催化得到更长的短链，不过最终发现，每种型号的催化产物都有着相同的链长度。

萨多表示：“以往文献告诉我们，碳-碳键断裂反应的选择性通常随铂纳米粒子尺寸的变化而变化。但在这个核壳结构中，我们看到了一些非常独特的情况。”

另一方面，长链断裂成短链的速率，即分解速率，因铂颗粒大小而异：较大铂颗粒与聚合物长链的反应更慢，较小铂颗粒则催化活性更强。

用萨多的话说，上述结果很关键，因为它们意味着研究者能在不影响反应选择性的情况下调节催化活性。“现在，我们相信自己能制备出活性更强的催化剂，更快拆解聚合物，同时也能通过改变催化剂结构参数来调整分解产物的链长度。”

黄文裕解释道，多孔催化剂的大分子反应性尚未得到广泛研究。鉴于此，新成果对于我们理解这门独特催化技术的基本原理及其对塑料循环的意义是非常重要的。“我们需要进一步了解这个催化体系。我们正探索其他可调整的参数，以期进一步提高生产率并改善产品分布。”

资料来源 scitechdaily.com