文献快讯：Nat. Catal. 太阳能55°C低温催化塑料变高值烃，实现100%转化

【成果掠影 & 研究背景】

塑料污染已成为全球环境挑战，传统聚烯烃（如聚乙烯）回收需高温高压且效率低下。浙江大学团队提出一种颠覆性解决方案：利用太阳能驱动低温催化升级回收技术，在仅55°C下将废弃聚烯烃高效转化为高价值烃类燃料。该研究设计了一种铜纳米颗粒封装于二维硅纳米片（Cu/2D Si）的异质结构催化剂，结合氯铝酸盐离子液体溶剂（[C₄Py]Cl·AlCl₃），在4倍太阳光强度（400 mW/cm²）照射下，6小时内实现低密度聚乙烯（LDPE）100%转化，烃类产物总收率达91%。产物主要为高附加值烷烃（C₃–C₇，收率35.8%）和环状烃（C₈–C₂₆，收率55.4%），且无甲烷、乙烷等低值副产物。技术经济分析表明，每吨LDPE处理可降低30%温室气体排放，为塑料循环经济提供绿色路径。

【创新点 & 图文摘要】

1. 创新点：

1. 1.低温高效转化

   55°C下实现聚烯烃完全裂解（传统方法需>300°C），能耗降低超80%。

2. 2.全光谱太阳能利用

   Cu/2D Si异质结构同步利用硅的带间跃迁与铜的等离子体共振，实现宽光谱吸收与局域光热升温。

3. 3.离子液体溶剂设计

   氯铝酸盐离子液体稀释于氯仿，提供高极性环境稳定碳正离子中间体，促进选择性C–C键断裂。

4. 4.双β-断裂环化机制

   提出“两次β-断裂+分子内环化”新路径，避免末端裂解生成低值气态烃。

5. 5.实际废弃物兼容性

   成功升级回收含添加剂的生活塑料（如HDPE瓶、PP口罩），混合塑料转化率>85%。

6. 6.户外规模化验证

   5克LDPE袋在自然阳光下6小时完全转化，收率85.8%，无需外部加热设备。

• Fig 1 | Cu/2D Si催化剂的制备与表征

• Fig 2 | 太阳能热催化塑料升级回收性能与反应路径

• Fig 3 | Cu NPs与2D Si在塑料升级回收中的功能

• Fig 4 | 光在催化中的作用机制

Fig 5 | 系统鲁棒性验证与户外示范

【总结 & 原文链接】

本研究开创性地将太阳能光热催化与离子液体溶剂结合，实现了聚烯烃塑料在近环境温度下的高效升级回收。Cu/2D Si催化剂通过局域光热效应驱动选择性C–C键断裂，结合氯铝酸盐离子液体稳定反应中间体，不仅攻克了传统塑料回收的高能耗难题，更以91%的总收率产出高值燃料。该系统兼容真实混合塑料废弃物，户外演示验证了其规模化潜力。生命周期评估证实，每吨塑料处理可减少353.5 kg CO₂当量排放，为塑料污染治理与碳中和目标提供了双赢策略。

原文链接: https://doi.org/10.1038/s41929-025-01349-y

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