塑料分解效率實現(xiàn)數(shù)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(xué)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(yù)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(tǒng)材料提高了幾十到上百倍，創(chuàng)造了中性條件下塑料分解效率的新紀錄。

據(jù)悉，塑料憑借其低制造成本與高耐用性，在醫(yī)療、航空航天、包裝等諸多領(lǐng)域占據(jù)重要地位。然而，隨著塑料的廣泛應(yīng)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(chǎn)和消費的第一大國，塑料制品行業(yè)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(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)以及人類健康構(gòu)成了威脅。在此背景下，光催化重整塑料技術(shù)應(yīng)運而生，該技術(shù)通過太陽光激發(fā)半導(dǎo)體材料將塑料分解轉(zhuǎn)化為高值化學(xué)品，兼具固廢再利用與能源轉(zhuǎn)化的雙重意義。

而二氧化鈦是一種常用的半導(dǎo)體光催化材料，在光照下能產(chǎn)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(yīng)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(yù)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(jù)了整個流程近 85% 的成本。

科研團隊在研究中另辟蹊徑，發(fā)展了“漂浮策略”和“維度定制”相結(jié)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(tǒng)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(xiàn)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(xué)基金委、中國博士后基金及新基石科學(xué)基金會資助，相關(guān)成果近期以“Floatable organic-inorganic hybrid-TiO₂ unlocks superoxide radicals for plastic photoreforming in neutral solution”為題發(fā)表于《Nature Communications》。特別研究助理姜夢培博士為論文第一作者。