第一作者：袁繁
通訊作者：黃壘 研究員
通訊單位：上海大學(xué)
論文DOI：10.1021/acscatal.4c04987
本文利用工業(yè)化的ZSM-5分子篩在溫和條件（160°C、1.5 MPa空氣壓力）下將高密度聚乙烯（HDPE）選擇性氧化升級為C4-C17二元羧酸，其中Si/Al比為38的分子篩因酸性位點密度最高而表現(xiàn)最佳。機理研究表明，Br?nsted酸性位點與氧氣協(xié)同通過碳正離子機制驅(qū)動氧化反應(yīng)，突破了傳統(tǒng)自由基路徑的局限，該催化劑有望廣泛應(yīng)用于多種聚乙烯原料及廢塑料的氧化升級回收。
塑料升級回收的挑戰(zhàn)與機遇：聚乙烯（PE）是產(chǎn)量最大的塑料品種之一，其穩(wěn)定的C-C和C-H鍵使其難以被高效化學(xué)回收。傳統(tǒng)的高溫熱解通常得到組分復(fù)雜的混合物，價值較低。近年來，催化氧化策略展現(xiàn)出將聚烯烴轉(zhuǎn)化為含氧高值化學(xué)品（如二元酸）的巨大潛力，但往往需要貴金屬催化劑。那么，能否開發(fā)一種非貴金屬、高效且穩(wěn)定的催化劑，在溫和條件下實現(xiàn)聚乙烯向二元酸的高選擇性轉(zhuǎn)化？
沸石催化劑的潛力：沸石分子篩（如ZSM-5）是石油化工中不可或缺的高效催化劑。近年來，分子篩在塑料氫解方面取得了顯著進展，其表面豐富的酸位點（Br?nsted酸, BAS 和 Lewis酸, LAS）在C-C鍵斷裂（裂化）中有重要作用。然而，利用沸石催化氧化聚乙烯的工作卻鮮有報道?？?/span>慮到ZSM-5對烷烴的活化作用，一個誘人的設(shè)想浮出水面：能否利用ZSM-5的酸位點先“裂解”PE長鏈，同時利用氧氣“氧化”斷鏈產(chǎn)物，協(xié)同實現(xiàn)PE向含氧化合物的高效轉(zhuǎn)化？
我們課題組一直關(guān)注塑料催化氧化升級回收。此前，我們曾報道了Ru/TiO?催化劑可在160°C、1.5 MPa空氣條件下將PE高選擇性地轉(zhuǎn)化為長鏈二元酸（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202301340）。雖然性能優(yōu)異，但貴金屬的成本和穩(wěn)定性仍是規(guī)模化應(yīng)用的潛在障礙。于是，我們開始思考：能否用價格低廉的工業(yè)催化劑替代貴金屬
