随着聚乙烯（PE）材料的规模化应用，其废弃物的非规范化管理引发了严重的环境污染与资源低效利用问题。基于氧化解聚策略的PE升级回收技术因其能在温和条件下实现高分子链的可控解聚与功能化重构，展现出显著的循环经济潜力。然而，该技术体系的发展仍面临关键挑战：催化剂的活性中心结构与其性能之间的构效关系尚未明确，反应体系中氧物种的赋存形态及活化机制缺乏系统研究，解聚产物的化学组成与官能化程度的精准调控规律仍需深入探索。

  针对上述问题，苏州大学陈金星教授与中科院苏州纳米所徐盼盼副研究员合作，创新性地开发了基于废旧钴酸锂（LCO）正极的催化体系，成功实现废弃PE向高附加值二羧酸的高效转化。研究表明，该系统在130 ^oC下运行6 h，二羧酸的碳产率高达77.5 wt%。态密度分析和原位红外光谱分析共同揭示了钴自旋态与催化氧化性能之间的构效关系。

图1 退役LCO催化PE氧化升级为羧酸化学品技术方案图

  作者首先提出了一个绿色可持续的协同回收策略，直接利用退役锂离子电池中的LCO正极材料作为催化剂，将废弃PE氧化转化为高附加值的二羧酸产物。通过对PE催化氧化的性能优化，确定了反应的最佳性能。

图2 Li_1-xCoO₂催化剂上PE氧化的性能优化及构效关系

  其次，作者系统考察了不同锂脱程度Li_1-xCoO₂催化剂对PE氧化反应活性的影响，发现随着锂含量降低，催化活性显著增强，最佳催化剂Li_0.28CoO₂在130 ^oC、6 h反应条件下可实现高达77.5 wt%的二羧酸产率。进一步的电子结构分析显示，锂缺陷引发晶场强度降低，导致Co³⁺由低自旋向高自旋转变，增强了对O₂的化学吸附与活化能力。

图3 催化剂的电子结构表征

  作者基于原位红外光谱与自由基捕获实验，提出了潜在的反应机理：高自旋态Co³⁺活化O₂生成¹O₂，后者经氢原子转移（HAT）诱导PE生成碳自由基，进而经β-裂解和后续氧化转化为二羧酸。该策略在真实废塑料与实际退役电池样品中均表现出良好的适应性与催化稳定性，展现了其在循环经济中的广阔应用前景。

图4 催化氧化机理分析

  该工作以题为Synergistic Co-Recycling: Selective Oxidation of Polyethylene to

Dicarboxylic Acids over Spent LiCoO₂ Cathodes”发表于《Angewandte Chemie International Edition》。文章第一作者为苏州大学功能纳米与软物质研究院硕士研究生李盛铭。

  文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202501509