仿生突破：太阳光驱动铁基催化剂将塑料废料转化为醋酸

研究人员开发出一种利用太阳能驱动铁基催化剂，将塑料废料转化为醋酸（食醋的主要成分）的新方法，为塑料升级回收提供了全新路径。

加拿大滑铁卢大学的研究团队研发出一种太阳能驱动的新技术，能够将塑料废料转化为醋酸，即食醋的主要成分。该过程利用太阳光和一种特殊设计的催化剂，在分子层面分解塑料，为在不向大气增加二氧化碳排放的前提下升级回收塑料废弃物开辟了潜在新途径。

该团队设计了一种受生物启发的级联光催化系统，其核心是嵌入氮化碳中的铁单原子。当暴露在阳光下时，这种材料会触发一系列化学反应，以高选择性地将常见塑料聚合物转化为醋酸。与许多依赖热量或化石燃料衍生能源的回收方法不同，这种新技术依靠太阳能驱动，且在水环境中运行。这使得它在处理水生环境中的微塑料问题方面尤其具有潜力。

该系统已对包括聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）在内的多种广泛使用的塑料进行了测试。在处理混合塑料废料时，该系统依然保持高效，这是实现实际废弃物处理应用的关键要求。

太阳能驱动的塑料升级回收

塑料废弃物，尤其是微塑料，已在全球海洋和陆地生态系统中被检测到。这些材料的累积引发了人们对野生动植物及人类健康影响的担忧。该研究的领导者、滑铁卢大学机械与机电工程学教授、新能源材料与可持续发展领域唐氏家族讲席教授吴一民博士表示："我们的目标是通过利用太阳光将微塑料废弃物转化为高价值产品，来解决塑料污染的挑战。"该研究由吴教授指导的滑铁卢大学博士生魏薇主导完成。研究初期得到了滑铁卢纳米技术研究所和水资源研究所联合种子基金的支持。

这种催化剂的设计灵感来源于自然系统。某些真菌利用酶通过逐步反应分解复杂的有机物。类似地，滑铁卢大学团队设计了一条级联反应路径，能够逐步将塑料聚合物降解为醋酸。

单原子催化剂设计

该系统的核心是分散在氮化碳框架中的孤立铁原子。这些单原子位点在阳光下提高了反应的控制性和效率，能够选择性地生产醋酸，而不是产生多种副产物的混合物。醋酸具有广泛的工业应用，从食品生产到化学制造和能源系统。将塑料废料转化为这种化合物，不仅减少了污染，还创造了高附加值产品。

研究人员还进行了技术经济分析，以评估其商业可行性。该文章的共同作者、水资源研究所执行主任罗伊·布劳威尔表示："从商业和社会的角度来看，这项创新带来的财务和经济效益都显得前景广阔。"

吴一民强调了这种方法的环保优势："这种方法利用丰富且免费的太阳能来分解塑料污染，而不会向大气中增加额外的二氧化碳。"由于该反应在水中进行，并在化学层面上分解塑料，它或许能提供一种直接处理微塑料的方法，而不仅仅是将其过滤掉。

尽管该系统仍处于实验室阶段，但研究团队表示，通过材料工程和制造技术的进步，可以进一步优化并扩大其规模。

该研究成果已发表在《先进能源材料》期刊上。

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