中山大學(xué)胡鵬教授課題組開發(fā)了一種以簡單鐵鹽作為光催化劑的反應(yīng)體系，使用氧氣作為氧化劑對取代苯的多個C-H鍵和C-C鍵進行氧化裂解，實現(xiàn)了聚苯乙烯和苯乙烯共聚物的高效降解，選擇性地生成了苯甲酸。即使在無溶劑的自然光照條件下，該催化體系也可以成功地降解聚苯乙烯。
由于安全、穩(wěn)定，以及良好的可塑性，高聚物應(yīng)用極其廣泛，現(xiàn)在以及可預(yù)見的未來都是日常生活中不可缺少的一部分。但是同時由于特殊的高分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)惰性，造成高聚物及其制品溶解度低、難以回收處理、自然降解速率慢，成為日益嚴(yán)重的環(huán)境污染源頭。這一點對于日常大量使用的聚合物，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS) 等，尤其嚴(yán)重。其中聚苯乙烯作為一種常見的塑料，可用于制作泡沫、硬質(zhì)杯子等各種功能材料，但由于所含的化學(xué)鍵較難斷裂，聚苯乙烯的降解很困難，已報道的化學(xué)轉(zhuǎn)化條件苛刻，選擇性低。因此，在溫和、綠色的條件下，開發(fā)一種高效的針對聚苯乙烯的化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，對于廢棄物質(zhì)的二次利用和降低環(huán)境污染都具有積極意義。 實現(xiàn)聚苯乙烯的降解需要對聚苯乙烯進行高效的sp3 C-H鍵和sp3 C-C鍵斷裂。最近一些光催化反應(yīng)通過生成烷氧基自由基中間體，可以發(fā)生臨近位置的sp3 C-C鍵斷裂。受此啟發(fā)，中山大學(xué)胡鵬教授課題組考慮可以直接在氧氣氛圍下，通過光氧化產(chǎn)生烷氧基自由基，經(jīng)過多步C-H鍵C-C鍵氧化斷裂，直接實現(xiàn)聚苯乙烯的降解。研究首先從小分子烷基取代苯的氧化斷鍵入手，發(fā)現(xiàn)在可見光光照下，使用簡單鐵鹽催化即可高效得到選擇性的斷鍵氧化產(chǎn)物苯甲酸，氯化亞鐵表現(xiàn)最好。同樣的催化體系擴展到商業(yè)聚苯乙烯，發(fā)現(xiàn)僅需6小時即可實現(xiàn)聚苯乙烯的完全降解，在延長反應(yīng)時間后，可以得到較高產(chǎn)率的苯甲酸，從而實現(xiàn)了聚苯乙烯的選擇性綠色降解。此外，不同分子量的聚苯乙烯、不同種類苯乙烯共聚物也可以順利的降解。尤其值得一提的是，廢棄的泡沫和塑料杯可以得到和聚苯乙烯類似的反應(yīng)表現(xiàn)。 為了進一步展示該反應(yīng)體系的潛在適用性，研究人員將聚苯乙烯與催化量氯化亞鐵溶解混合均勻，之后去掉溶劑制成薄膜，分別置于自然環(huán)境和LED燈下照射，發(fā)現(xiàn)都能被顯著催化降解。此結(jié)果說明摻雜了鐵鹽的塑料薄膜可以在自然環(huán)境實現(xiàn)氧化降解，為發(fā)展新型的可降解塑料、解決塑料環(huán)境污染的問題提供一種全新的思路。 論文信息： Selective Degradation of Styrene-Related Plastics Catalyzed by Iron under Visible Light Miao Wang,Jinglan Wen,Yahao Huang,Prof. Peng Hu ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202101762
