聚硅氧烷（PDMS）是现代工业中最重要的弹性体材料之一，因其优异的柔顺性、热稳定性和化学惰性，被广泛应用于电子封装、柔性器件及生物医用等领域。然而，PDMS稳定的Si–O主链赋予其卓越性能，也使其难以在温和条件下实现主链级解聚；同时，传统硅橡胶通常依赖不可逆化学交联获得弹性，一旦交联便难以回收利用。因此，如何在保持硅基材料力学性能的同时，赋予其可设计解聚和循环利用能力，是可持续高分子领域的重要问题。
近期，清华大学许华平教授课题组报道了一种基于非碳杂原子主链设计的新型聚合物体系，构建出无需交联即可表现弹性、且可在室温下实现主链级解聚的硅基热塑性弹性体。作者通过液–液界面上硅烷水解聚合与碲醚氧化反应的耦合，发展了一步氧化–水解共聚策略，合成了含Si–O–Te–O连接单元的非碳杂原子主链聚合物PTeSiO（图1）。该体系将PDMS类硅氧烷骨架的柔顺性与Te–O键的氧化还原响应性结合，使材料同时具备热塑性弹性体行为和温和条件下的主链可解聚能力。在室温、维生素C水溶液等还原条件下，PTeSiO主链可发生断裂，实现高纯度Te单体和硅氧烷寡聚物的分离回收。
2026年4月23日，相关成果以“Recyclable thermoplastic silicone elastomers from non-carbon heteroatomic polymer backbones”为题，发表在《Nature Communications》。清华大学化学系博士后张渊博为论文第一作者，博士研究生李飞杨参与了本工作，许华平教授为通讯作者。北京化工大学田佳博士研究生及曹鹏飞教授参与合作研究。该工作得到国家自然科学基金重点项目及中国博士后科学基金面上项目的资助支持。
图1. 基于非碳杂原子主链的可回收PDMS策略
该研究中，作者以Si–O和Te–O作为模块化构筑单元，通过液–液界面上硅烷水解与碲醚氧化的耦合，发展一步氧化–水解共聚策略（图2）。该反应可在室温水相条件下进行，所得聚合物分子量可达Mn = 14.5 kDa（D = 2.27）。核磁结果显示典型Si–O/Te–O聚合的高分子特征；扩散核磁（DOSY）表明Si–甲基与Te–烷基质子具有一致的扩散系数（D = 2.19 × 10-10 m2 s-1），支持其位于同一高分子链中。结合TOF-SIMS质谱与TEM元素分布结果，进一步证实了Si–O–Te–O杂原子共聚主链的形成。
图2 硅烷水解与碲醚氧化在界面上的耦合：一步合成 PTeSiO
图3 模块化构筑Te–O/Si–O杂原子主链——按需定制共聚物黏弹性
在材料性能方面，该体系展现出区别于传统硅橡胶的重要特征：无需交联即可表现出弹性体行为。通过调控侧链长度，材料力学性能可有效调节。随侧链由C4增加至C12，杨氏模量由95.8 MPa降至13.6 MPa，断裂伸长率由10%提高至约60%，表现出由刚性向柔软可拉伸状态的转变。
进一步地，通过调节主链中Si–O/Te–O组成（图3），材料黏弹性行为实现连续调节。随Te–O比例提高，储能模量G′由874 Pa（R2）提升至1.66 MPa（R8），复数黏度η*由145.9 Pa·s 显著提升至2.66 MPa·s，材料由室温黏性流体逐步转变为具有稳定弹性响应的热塑性弹性体；同时，粘流温度Tf由10.2 °C提高至130.0 °C，上述结果表明，该体系可通过主链组成与侧链结构实现对模量、黏度及热流变行为的按需调控。
图4 可氧化还原断裂的Te–O–Si–O主链实现构筑单元回收
另外，通过在PDMS主链中引入具有可逆氧化还原响应的Te–O单元，材料可在温和还原条件下（室温水相、Vc溶液）实现主链级解聚与构筑单元回收（图4），得到高纯度碲单体和硅氧烷寡聚物，分离回收效率可达80%。由于特殊的解聚条件，该材料可从多组分塑料混合体系中实现选择性解聚与分离回收，使传统稳定的Si–O主链高分子无需交联、无需催化条件即可实现解构，赋予材料“可设计解聚、力学性质可调、可循环利用”的主链化学属性。该材料体系的生命周期均可室温下进行——即达到“室温聚合、室温使用、室温解聚”，推动非碳主链高分子研究从能合成进一步走向“能编辑、能解构、能循环”。
总体而言，这项工作从非碳主链结构设计出发，提出了“杂原子主链构筑—主链编辑—主链解聚”的材料策略，实现传统PDMS体系难以兼顾的弹性与可回收性。该研究不仅拓展了非碳主链聚合物的结构边界，也为可持续硅基弹性体材料的发展提供了新的设计路径。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72337-4
