塑(su)(su)料(liao)憑借其(qi)低制(zhi)造成本與高(gao)耐用(yong)(yong)性，在(zai)(zai)醫(yi)療、航空航天、包裝等諸多領(ling)域占據重(zhong)要地位。然而，隨著塑(su)(su)料(liao)的廣泛應用(yong)(yong)，廢(fei)(fei)(fei)棄塑(su)(su)料(liao)問題日益嚴峻。目前，全(quan)球(qiu)累計(ji)廢(fei)(fei)(fei)棄塑(su)(su)料(liao)量(liang)已飆(biao)升至64億噸，而中國作為全(quan)球(qiu)塑(su)(su)料(liao)生(sheng)產和消費的第(di)一大國，塑(su)(su)料(liao)制(zhi)品行(xing)業年累計(ji)量(liang)超6000萬(wan)噸，廢(fei)(fei)(fei)棄塑(su)(su)料(liao)量(liang)高(gao)達4300萬(wan)噸。這些廢(fei)(fei)(fei)棄塑(su)(su)料(liao)對(dui)環境、生(sheng)態系統以及人類健康構成了(le)威(wei)脅。在(zai)(zai)此背(bei)景(jing)下(xia)，光(guang)催化(hua)重(zhong)整塑(su)(su)料(liao)技(ji)術應運而生(sheng)，該技(ji)術通過太(tai)陽(yang)光(guang)激發半導體材料(liao)將(jiang)塑(su)(su)料(liao)分(fen)解(jie)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)為高(gao)值化(hua)學品，兼具固廢(fei)(fei)(fei)再利用(yong)(yong)與能(neng)源轉(zhuan)(zhuan)化(hua)的雙(shuang)重(zhong)意義(yi)。

TiO?是經典的(de)半(ban)導體(ti)光(guang)(guang)催化(hua)材料。當太陽(yang)光(guang)(guang)照射TiO?晶體(ti)，光(guang)(guang)生(sheng)空(kong)穴將與吸附的(de)水(shui)分(fen)子反應(ying)，生(sheng)成的(de)羥(qian)(qian)基(ji)(ji)自由(you)基(ji)(ji)如同“分(fen)子剪刀”，能(neng)夠精(jing)準切斷塑料的(de)碳鏈骨(gu)架。然而(er)，羥(qian)(qian)基(ji)(ji)自由(you)基(ji)(ji)僅有(you)約10ns的(de)壽命，其遷移距離被限制在10-100納米(mi)(mi)范圍，短壽命的(de)自由(you)基(ji)(ji)，難以(yi)跨越反應(ying)中微米(mi)(mi)級以(yi)上的(de)相(xiang)界(jie)面。故(gu)不(bu)得不(bu)借助腐蝕性(xing)強酸(suan)或強堿溶液預(yu)處理塑料，以(yi)增強光(guang)(guang)催化(hua)材料與塑料的(de)界(jie)面接觸，但這個工序占據了整個流(liu)程(cheng)近85%的(de)成本。

針對上述挑戰，中國科(ke)學院金屬研究(jiu)所劉崗(gang)研究(jiu)團隊另辟蹊徑，發(fa)展了“漂(piao)(piao)浮(fu)策(ce)略(lve)(lve)”和(he)“維度定制”相(xiang)(xiang)結合的(de)(de)(de)(de)(de)新策(ce)略(lve)(lve)，通過在二(er)(er)維TiO?表面(mian)形成納(na)米(mi)級碳氮疏水(shui)層，賦予了材(cai)料(liao)(liao)可(ke)(ke)(ke)漂(piao)(piao)浮(fu)于中性(xing)(xing)(xing)(xing)水(shui)溶(rong)液(ye)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)特性(xing)(xing)(xing)(xing)。該材(cai)料(liao)(liao)具(ju)(ju)有(you)傳(chuan)統二(er)(er)氧化鈦所不具(ju)(ju)備的(de)(de)(de)(de)(de)兩個(ge)功能，一是(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)(ke)漂(piao)(piao)浮(fu)TiO?材(cai)料(liao)(liao)形成了光(guang)催化材(cai)料(liao)(liao)、塑(su)料(liao)(liao)、水(shui)和(he)空(kong)氣的(de)(de)(de)(de)(de)四相(xiang)(xiang)界面(mian)，將原本微米(mi)級的(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)界面(mian)壓縮(suo)至近零(ling)距(ju)離(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)分子(zi)級接觸(chu)（圖(tu)1）；二(er)(er)是(shi)(shi)(shi)(shi)不同于傳(chuan)統的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)催化重(zhong)整(zheng)材(cai)料(liao)(liao)體系(xi)主要是(shi)(shi)(shi)(shi)利(li)用(yong)由光(guang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)空(kong)穴(xue)氧化水(shui)分子(zi)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)羥基(ji)(ji)自由基(ji)(ji)物種，可(ke)(ke)(ke)漂(piao)(piao)浮(fu)TiO?材(cai)料(liao)(liao)主要是(shi)(shi)(shi)(shi)利(li)用(yong)光(guang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)電(dian)子(zi)還原氧氣產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)超(chao)氧自由基(ji)(ji)作為(wei)氧化物種，其壽命長達1ms，傳(chuan)遞距(ju)離(li)(li)是(shi)(shi)(shi)(shi)傳(chuan)統體系(xi)中羥基(ji)(ji)自由基(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)萬(wan)倍量級（圖(tu)2）。進而，所研制的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)(ke)漂(piao)(piao)浮(fu)TiO?材(cai)料(liao)(liao)具(ju)(ju)有(you)優異的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)重(zhong)整(zheng)塑(su)料(liao)(liao)性(xing)(xing)(xing)(xing)能：在不依賴于腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)溶(rong)液(ye)預處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)情況下，可(ke)(ke)(ke)實現(xian)典型塑(su)料(liao)(liao)（包括聚乙(yi)烯(xi)(xi)、聚丙烯(xi)(xi)和(he)聚氯乙(yi)烯(xi)(xi)）的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)重(zhong)整(zheng)效率1-2個(ge)數量級的(de)(de)(de)(de)(de)提升，同時產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)選擇性(xing)(xing)(xing)(xing)超(chao)過40%的(de)(de)(de)(de)(de)高值(zhi)乙(yi)醇產(chan)(chan)物，創(chuang)造了中性(xing)(xing)(xing)(xing)條件下重(zhong)整(zheng)效率的(de)(de)(de)(de)(de)新紀錄（圖(tu)3）。為(wei)解決塑(su)料(liao)(liao)轉化過程中用(yong)腐(fu)蝕溶(rong)液(ye)處(chu)理(li)塑(su)料(liao)(liao)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)工業成本提供了極具(ju)(ju)競爭(zheng)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)替代(dai)方案。

該(gai)研究成果近期以(yi)“Floatable organic-inorganic hybrid-TiO? unlocks superoxide radicals for plastic photoreforming in neutral solution”為(wei)題發表于《Nature Communications》。特別(bie)研究助理姜夢培博士為(wei)論文第一(yi)作者。

該研究得到了國(guo)家自(zi)然科(ke)學基金委、中國(guo)博(bo)士后基金及(ji)新基石科(ke)學基金會資助。

論文鏈接：//www.nature.com/articles/s41467-025-59467-x

圖1. 有機-無機雜化TiO?的漂浮特性和氧吸附特性

圖2. 有機(ji)-無機(ji)雜化TiO?的自(zi)由基傳(chuan)遞新機(ji)制

圖(tu)3. 有機-無(wu)機雜化TiO?的光重整塑料性(xing)能