我国科研人员成功研制可漂浮二氧化钛材料

IT之家 5 月 8 日消息，来自中国科学院金属研究所等单位的科研人员成功研制可漂浮二氧化钛材料。该材料可以在光照下分解塑料，在不用酸碱溶液预处理塑料的情况下，其分解塑料袋、保鲜膜等常见塑料的效率比传统材料提高了几十到上百倍，创造了中性条件下塑料分解效率的新纪录。

据悉，塑料凭借其低制造成本与高耐用性，在医疗、航空航天、包装等诸多领域占据重要地位。然而，随着塑料的广泛应用，废弃塑料问题日益严峻。目前，全球累计废弃塑料量已飙升至 64 亿吨，而中国作为全球塑料生产和消费的第一大国，塑料制品行业年累计量超 6000 万吨、废弃塑料量高达 4300 万吨。

这些废弃塑料对环境、生态系统以及人类健康构成了威胁。在此背景下，光催化重整塑料技术应运而生，该技术通过太阳光激发半导体材料将塑料分解转化为高值化学品，兼具固废再利用与能源转化的双重意义。

而二氧化钛是一种常用的半导体光催化材料，在光照下能产生具有塑料分解能力的羟基自由基。这些羟基自由基就像“分子剪刀”，可以剪断塑料的分子链。然而，羟基自由基仅有约 10ns 的寿命，其迁移距离被限制在 10-100 纳米范围，短寿命的自由基，难以跨越反应中微米级以上的相界面。故不得不借助腐蚀性强酸或强碱溶液预处理塑料，以增强光催化材料与塑料的界面接触，但这个工序占据了整个流程近 85% 的成本。

科研团队在研究中另辟蹊径，发展了“漂浮策略”和“维度定制”相结合的新策略。通过二维二氧化钛表面形成纳米级碳氮疏水层，赋予了材料可漂浮于中性水溶液表面的特性。相较传统二氧化钛，可漂浮二氧化钛有两个新功能：一是让阳光、氧气、光催化材料和塑料实现零距离接触，突破了原本光催化材料与塑料间的接触屏障；二是可以利用寿命更长的超氧自由基，其寿命长达 1 毫秒，能充分切断塑料分子碳链。

该研究得到了国家自然科学基金委、中国博士后基金及新基石科学基金会资助，相关成果近期以“Floatable organic-inorganic hybrid-TiO2unlocks superoxide radicals for plastic photoreforming in neutral solution”为题发表于《Nature Communications》。特别研究助理姜梦培博士为论文第一作者。

▲有机-无机杂化 TiO2 的漂浮特性和氧吸附特性

▲有机-无机杂化 TiO2 的自由基传递新机制

▲有机-无机杂化 TiO2 的光重整塑料性能

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