科罗拉多州立大学开发出一种全新催化工艺，可将自然界中性质高度稳定的二氧化碳转化为可回收高性能材料，这类材料有望在部分应用场景中替代传统塑料。该研究成果发表于《自然》期刊，是迈向循环经济的重要一步，有助于减少塑料废弃物，助力环境可持续发展。对于正在评估传统塑料替代方案的配方研发人员而言，随着该项技术走出实验室，这是一类值得关注的新兴材料品类。
致力于最大化将惰性二氧化碳整合进塑料制品
该论文介绍了一套闭环技术平台，可利用成本低廉的二氧化碳制备一类新型材料。该工艺让二氧化碳与具有反应活性的双环烷烃发生化学反应，借助有机催化剂引发反应，在产物结构中生成全新化学键。
本研究由科罗拉多州立大学杰出讲席教授陈 Eugene Chen 牵头，朱敏博士后为论文第一作者。研究团队包含科罗拉多州立大学其他科研人员，同时还有美国西北大学的合作研究者。
陈教授任职于科罗拉多州立大学自然科学学院，拥有约翰・K・斯蒂尔冠名讲席，同时担任化学系高分子科学与可持续发展千禧教授。他表示，二氧化碳天然存在、无气味、不可燃、储量丰富且成本低廉，科研人员长期以来一直在探索利用二氧化碳制备高分子材料的方法。
“早在 20 世纪 60 年代，就已有利用二氧化碳合成聚合物的工艺。但难点在于，如何尽可能将惰性二氧化碳结合到塑料制品中，制备兼具可回收、可降解特性的环保聚酯材料。” 陈教授说道，“我们的技术挖掘出二氧化碳的潜力，可将其作为廉价可再生资源，制备可回收聚酯，这类聚酯同时具备优异使用性能以及友好的报废处置特性。”
优异的机械强度与柔韧性
该工艺制得的塑料制品耐用且可定制，化学稳定性优异，能够耐受热应力以及化学介质侵蚀。论文同时证实材料具备很高的机械强度与柔韧性。朱敏表示，通过该工艺合成的聚合物，既可以设计成高强度工程塑料，也可以调软至橡胶级别，实现橡胶的使用功能。
“此外，二氧化碳对环境的影响视场景而定，既可能带来益处也可能造成危害，但它本身属于廉价可再生资源，我们的工艺为二氧化碳提供了极具前景的利用途径。” 朱敏称，“该技术能够对二氧化碳排放物实现高效再利用，助力碳循环闭环。”
可回收性与报废后回收
该技术平台的核心特点：塑料产品完成使用寿命后，可通过回收重新获取其基础结构单元。陈教授数十年来深耕可持续发展与循环经济领域研究，其研究目标是延长各类材料的使用周期、设计环境友好型材料，以此减少废弃物与污染。
陈教授表示，团队正在探索直接利用捕集得到的二氧化碳，而非将二氧化碳封存或者排放，最终让二氧化碳重新回到环境中。
“我们正在开发一套一体化技术，把捕集的二氧化碳转化为中间体，以此作为结构单元，生产各类满足不同需求的可持续材料。” 陈教授称，“期待能联合更广范围的科研工作者，进一步推进这项技术的研发。”
本项目获得美国国家科学基金会以及 BOTTLE 联盟资助。BOTTLE 联盟由美国能源部支持，集合国家实验室与高校科研团队，致力于研发废旧塑料回收工艺、开发高性能聚合物。陈教授在该联盟中担任核心职务，该联盟致力于优化化学催化、生物催化回收技术，用于塑料降解，面向多种应用场景重新设计本征可回收或可生物降解聚合物。