清华大学许华平教授团队 Angew：具有β-硒代羰基结构的聚氨酯同时实现塑料降解和废物升级

2024-01-02 来源：高分子科技

可降解聚合物为改善塑料污染问题提供了解决方案，但是聚合物往往会分解成低价值的小分子，与其相对较高的生产成本不匹配。此外，将塑料废物再加工处理，升级再造为高附加值产品是另一种可持续的方法。因此，设计无需额外加工即可直接降解为高附加值产品的聚合物，同时实现塑料降解和废物升级再造过程，可以在改善塑料污染的同时，促进发展更加可持续的塑料经济。

图1 含硒聚氨酯的降解和降解废物高价值转化

近期，清华大学化学系的许华平教授团队报道了一种含β-硒代羰基结构的聚氨酯（SePU），它可以在温和的条件下直接降解为高附加值的硒肥，用于富硒蔬菜种植，同时实现塑料降解和废物升级再造（图1）。该聚氨酯实现降解功能的核心在于β-硒代羰基结构，其在氧化条件下，会发生硒氧化消除反应（图2），在实现结构的断裂，促进聚合物降解的同时，产生含硒小分子（Se, SeO₃^2-, SeO₄^2-）。SePU具有优异的力学性能，可以在溶液（图3）和空气（图4）条件下的发生选择性地降解。此外，该工作在降解过程中首次观察到材料内形成类似球晶的硒颗粒（图4）。该团队验证了降解产物可以直接作为硒肥料用于富硒蔬菜的种植，有效提高了萝卜和上海青的硒含量（图5）。这项工作首次将硒氧化消除反应用于塑料降解领域，赋予塑料降解性和塑料废物高再利用价值，为减少污染、提高塑料的经济性和可持续性提供了一个有前景的解决方案。该工作以“Polyurethane with β-Selenocarbonyl Structure Enabling the Combination of Plastic Degradation and Waste Upcycling”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》（DOI: 10.1002/anie.202317558）上。文章第一作者是清华大学化学系博士生贺超伟，通讯作者为清华大学化学系管君助理研究员和许华平教授。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图2 硒氧化消除反应机理和SePU的合成与表征

图3 SePU在溶液中的降解行为

图4 SePU在空气中的降解行为

图5 降解产物直接作为硒肥，用于富硒萝卜和上海青的种植

该工作利用含硒高分子独特的刺激响应性，开发了一种可以同时实现塑料降解和降解产物升级再利用的聚氨酯。这一战略可以减少塑料污染，并改善降解过程中塑料产品价值下降的问题，使得聚合物在温和条件下实现经济和可持续的升级循环。此外，这一策略有望应用于各种聚合物体系，为开发可持续可降解的聚合物材料提供一种有前景且经济可行的方法。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202317558

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（责任编辑：xu）

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