退役聚酯的化学回收利用对可持续发展具有重要意义，也为获取各种含氧化学品提供了机会，但普遍存在效率低或分离困难的问题。聚酯的水解加氢是一种实现聚酯解聚转化的有效手段。它可以实现聚酯的有效解聚和转化，从而回收有价值的产品。在这一过程中，关键的科学问题在于如何有效激活并转化聚酯主链中的酯基化学键，使其通过水解步骤释放出对应的醇和酸，并进一步通过各种反应将羧酸基团转化，从而生成单一的目标产品。

近期，中国科学院化学研究所刘志敏与清华大学王定胜设计合成了具有催化聚酯水解和羧酸加氢功能的双功能催化剂，RuMo/TiO2双原子催化剂，该催化剂在温和条件下(例如160 °C, 4 MPa)，通过先水解再加氢，以100%的选择性将各种聚酯转化为相应的二醇。研究表明，在这类催化剂中，Ru单原子和O桥联的Ru-Mo双原子位点共存。经证实，Ru单原子位点活化的H 2参与聚酯水解产生的羧酸加氢反应，而O桥联的Ru和Mo双原子位点由于高反应能垒抑制了生成醇的加氢脱氧。

要点1：本文报道了一种锐钛矿TiO 2负载的Ru-Mo双原子催化剂，能够将多种聚酯在温和反应条件（160 ℃, 4 MPa）进行水解和加氢，100%的选择性转化为二元醇。

要点2：表征揭示该催化剂中存在Ru单原子和O桥连的Ru和Mo双原子位点。研究结果表明，Ru单原子位点可以活化H 2使聚酯水解生成的羧酸加氢，而O桥连的Ru和Mo双原子位点由于反应能垒高而抑制了生成的醇的进一步加氢脱氧。

要点3：该双原子催化剂具有较高的再生活性和稳定性。本研究为聚酯废弃物转化为有价值的二元醇提供了有效途径，具有广阔的应用前景。

图1 催化剂性能筛选及底物拓展研究

图2 催化剂表征

图3 机理研究

该工作是刘志敏团队近期关于退役塑料降解相关研究的最新进展之一。聚焦于温和条件下的化学降解方法，旨在克服传统高温高压工艺的高能消耗、设备损耗及环境安全隐患。该团队创新性地开发了一系列聚合物降解技术，着重于选择性切断聚合物链中的C-O与C-N键，从而高效回收高价值产物，推动塑料循环利用的绿色化进程。在近两年中，团队利用离子液体的氢键催化机制，发展了聚酯塑料氨解反应的多种新路径（ Sci. Adv.2023, 9, eade7971； Nat Commun.,2024, 15, 712； Chem. Sci.,2024, Advance Article），并开发了卤化物阴离子的亲核取代反应直接断裂烷氧基C-O键的新策略（ Nat Commun.,2024, 15, 160）。在催化剂研究方面，团队设计并合成了Ru/TiO2、Ru/CeO2/RGO等多种高性能非均相催化剂，成功应用于PET等含氧化合物的氢解与氨解反应中，显著提升了反应效率与产物选择性。（ Nano Res.2023, 16, 12223–12229; Green Chem.,2024,26, 3159-3164）。

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https://www.nature.com/articles/s41467-024-49880-z

来源：高分子科学前沿

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