塑料分解效率實現數量級提升，我國科研人員成功研制可漂浮二氧化鈦材料

IT之家 5 月 8 日消息，來自中國科學院金屬研究所等單位的科研人員成功研制可漂浮二氧化鈦材料。該材料可以在光照下分解塑料，在不用酸堿溶液預處理塑料的情況下，其分解塑料袋、保鮮膜等常見塑料的效率比傳統材料提高了幾十到上百倍，創造了中性條件下塑料分解效率的新紀錄。

據悉，塑料憑借其低制造成本與高耐用性，在醫療、航空航天、包裝等諸多領域占據重要地位。然而，隨著塑料的廣泛應用，廢棄塑料問題日益嚴峻。目前，全球累計廢棄塑料量已飆升至 64 億噸，而中國作為全球塑料生產和消費的第一大國，塑料制品行業年累計量超 6000 萬噸、廢棄塑料量高達 4300 萬噸。

這些廢棄塑料對環境、生態系統以及人類健康構成了威脅。在此背景下，光催化重整塑料技術應運而生，該技術通過太陽光激發半導體材料將塑料分解轉化為高值化學品，兼具固廢再利用與能源轉化的雙重意義。

而二氧化鈦是一種常用的半導體光催化材料，在光照下能產生具有塑料分解能力的羥基自由基。這些羥基自由基就像“分子剪刀”，可以剪斷塑料的分子鏈。然而，羥基自由基僅有約 10ns 的壽命，其遷移距離被限制在 10-100 納米范圍，短壽命的自由基，難以跨越反應中微米級以上的相界面。故不得不借助腐蝕性強酸或強堿溶液預處理塑料，以增強光催化材料與塑料的界面接觸，但這個工序占據了整個流程近 85% 的成本。

科研團隊在研究中另辟蹊徑，發展了“漂浮策略”和“維度定制”相結合的新策略。通過二維二氧化鈦表面形成納米級碳氮疏水層，賦予了材料可漂浮于中性水溶液表面的特性。相較傳統二氧化鈦，可漂浮二氧化鈦有兩個新功能：一是讓陽光、氧氣、光催化材料和塑料實現零距離接觸，突破了原本光催化材料與塑料間的接觸屏障；二是可以利用壽命更長的超氧自由基，其壽命長達 1 毫秒，能充分切斷塑料分子碳鏈。

該研究得到了國家自然科學基金委、中國博士后基金及新基石科學基金會資助，相關成果近期以“Floatable organic-inorganic hybrid-TiO₂ unlocks superoxide radicals for plastic photoreforming in neutral solution”為題發表于《Nature Communications》。特別研究助理姜夢培博士為論文第一作者。