第一作者：袁繁

通讯作者：黄垒 研究员

通讯单位：上海大学

论文DOI：10.1021/acscatal.4c04987

本文利用工业化的ZSM-5分子筛在温和条件（160°C、1.5 MPa空气压力）下将高密度聚乙烯（HDPE）选择性氧化升级为C₄-C₁₇二元羧酸，其中Si/Al比为38的分子筛因酸性位点密度最高而表现最佳。机理研究表明，Brønsted酸性位点与氧气协同通过碳正离子机制驱动氧化反应，突破了传统自由基路径的局限，该催化剂有望广泛应用于多种聚乙烯原料及废塑料的氧化升级回收。

塑料升级回收的挑战与机遇：聚乙烯（PE）是产量最大的塑料品种之一，其稳定的C-C和C-H键使其难以被高效化学回收。传统的高温热解通常得到组分复杂的混合物，价值较低。近年来，催化氧化策略展现出将聚烯烃转化为含氧高值化学品（如二元酸）的巨大潜力，但往往需要贵金属催化剂。那么，能否开发一种非贵金属、高效且稳定的催化剂，在温和条件下实现聚乙烯向二元酸的高选择性转化？

沸石催化剂的潜力：沸石分子筛（如ZSM-5）是石油化工中不可或缺的高效催化剂。近年来，分子筛在塑料氢解方面取得了显著进展，其表面丰富的酸位点（Brønsted酸, BAS 和 Lewis酸, LAS）在C-C键断裂（裂化）中有重要作用。然而，利用沸石催化氧化聚乙烯的工作却鲜有报道。考虑到ZSM-5对烷烃的活化作用，一个诱人的设想浮出水面：能否利用ZSM-5的酸位点先“裂解”PE长链，同时利用氧气“氧化”断链产物，协同实现PE向含氧化合物的高效转化？

我们课题组一直关注塑料催化氧化升级回收。此前，我们曾报道了Ru/TiO₂催化剂可在160°C、1.5 MPa空气条件下将PE高选择性地转化为长链二元酸（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202301340）。虽然性能优异，但贵金属的成本和稳定性仍是规模化应用的潜在障碍。于是，我们开始思考：能否用价格低廉的工业催化剂替代贵金属