▲第一作者：Hyun Suk Wang
通讯作者：Athina Anastasaki
通讯单位：苏黎世联邦理工学院
论文doi：10.1126/science.adr1637
（点击文末「阅读原文」，直达链接）
塑料污染已成为全球性环境问题，其中聚甲基丙烯酸酯（PMMA，如有机玻璃Plexiglas）因化学稳定性高、回收困难，每年产生数百万吨未回收废弃物。传统热机械回收会导致材料性能下降（“降级回收”），而化学回收需依赖预先设计的“脆弱键”（如末端卤素或硫酯基团），但这些“设计聚合物”未大规模生产，无法解决现有塑料垃圾问题。本文提出一种主链引发、可见光触发的解聚方法，可直接应用于含未知杂质（如共聚单体、添加剂、染料）的商用聚合物，实现了接近定量（>98%）的单体回收，突破了分子量、合成路径和热历史的限制，为塑料循环经济提供了新途径。
1.
本工作提出了一种全新的
主链引发解聚机制。无需依赖预先设计的脆弱键（如末端卤素或硫酯基团），通过溶剂中氯自由基（
Cl·
）触发主链氢原子转移（
HAT
），实现多起点解聚。
2.
使用
415 nm
可见光激发溶剂（如
1,2-
二氯苯，
DCB
）产生
Cl·
，解聚过程仅在光照时启动，实现
精准的时间控制。
低温（
90°C
）下仍有效，显著低于传统热解（
>400°C
），减少能耗与副产物。
3.
本工作实现了多克级规模解聚（
>10 g
）成功，单体纯度高达
99%
，溶剂可循环使用
5
次以上。通过蒸馏驱动热力学平衡，突破浓度限制，推动工业化连续生产。
1、
传统末端引发
vs.
主链引发。传统方法依赖末端脆弱键（如
C-Cl
或
C-S
键）启动解聚，仅适用于低分子量、无杂质的
“
设计聚合物
”
。本文方法通过主链
HAT
触发多起点解聚，无需脆弱键，适用于高分子量、含杂质的商用塑料。
2、
末端引发受限于分子量（
>10
5
g/mol
时效率骤降）和杂质（如
BA
共聚单体），而主链引发可绕过这些限制。
3、
主链引发突破了传统对聚合物结构的设计依赖，直接面向现有塑料废弃物，具有普适性和工业转化潜力。
1、
本工作进行了端基普适性验证（图
2A
）。测试阴离子聚合（
C-H
端基）、自由基聚合（混合端基）、
ATRP
（
C-Cl
端基）和改性
PMMA
（
C-CN
端基），所有样品解聚率均
>95%
，证明
端基无关性。
2、
主链断裂动力学如图
2B
所示。
SEC
（尺寸排阻色谱）显示，高分子量
PMMA
（
Mn=330000
，
D=1.90
）在解聚过程中分子量逐渐降低，支持主链多起点断裂机制。
3、
传统末端引发在分子量
>17.5
万时效率降至
9%
，而主链引发在
160
万时仍保持
90%
以上（图
2D
）。含
1.1% BA
时，末端引发效率仅
25%
，主链引发仍达
90%
（图
2E
）。预热处理（
190°C
）后末端引发效率从
82%
降至
5%
，主链引发保持
95%
（图
2F
）。
1、
本工作研究了溶剂关键作用（图
3A
）。仅含氯溶剂（如
DCB
、
1,2,4-
三氯苯）支持高效解聚，非氯溶剂（如二甲苯）无效，表明
Cl·
为核心活性物种。
2、DFT
计算显示
DCB
在激发态下
C-Cl
键伸长，光解生成
Cl·
和芳基自由基（
EPR
实验验证）。氯自由基通过
HAT
夺取
PMMA
主链氢，生成主链自由基，触发
β
断裂和解聚（图
3D
）。
3、
加入二甲苯（含弱
C-H
键）会消耗
Cl·
，抑制解聚，证明
Cl·
选择性攻击主链是效率关键，显示了优异的副反应抑制能力。
1、
多色
PMMA
解聚如图
4A
所示。黄、红、蓝、绿色
Plexiglas
（透光率
4-64%
）未经纯化直接解聚，回收率
94-98%
，证明对染料和添加剂的高耐受性。
2、
图
4B-C
为大规模与溶剂循环。
2 M
浓度下解聚
51%
（热力学平衡），蒸馏后单体纯度
99%
。溶剂循环
5
次后效率仍
>95%
，表明工艺经济性和可持续性。
3、
与
PET
、
LDPE
、
PP
等混合时解聚率
>90%
，含
PVC
时降至
69-85%
，需进一步优化溶剂体系，证明了
混合废料兼容性
。
本文通过主链引发机制和可见光触发策略，实现了商用
PMMA
的高效解聚，单体回收率接近定量，且
不依赖于不稳定的端基
。该方法对高分子量、杂质和热历史的高耐受性，以及多克级规模的可行性，为塑料循环经济提供了切实可行的解决方案。未来研究方向包括扩展至其他碳链聚合物（如聚苯乙烯）、优化氯溶剂回收工艺，以及开发更低能耗的光源系统，推动工业化应用。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr1637
业务介绍
研理云，研之成理旗下专门针对科学计算领域的高性能计算解决方案提供者。我们提供服务器硬件销售与集群系统搭建与维护服务。
● 配置多样（单台塔式、两台塔式、
多台机架式
），按需定制，质量可靠，性价比高。
● 目前已经为全国
100 多个课题组
提供过服务器软硬件服务（可提供相同高校或临近高校往期案例咨询）。
