用水降解塑料？浙大这篇《自然》颠覆想象→|催化剂|塑料|新材料|聚丙烯|聚乙烯|聚烯烃|自然

北京时间7月16日凌晨，浙江大学王勇教授团队联合英国卡迪夫大学、日本东京大学、浙江工业大学和中国计量大学等国内外科研机构，在国际顶级学术期刊《自然》发表重要研究成果。

研究团队突破了传统塑料回收对高温、高压和复杂化学试剂的依赖，仅以水和氧气两种自然界最丰富、最廉价的物质为反应介质，便可在温和条件下将废旧聚乙烯、聚丙烯乃至废旧轮胎高效转化为高附加值有机酸产品，为塑料废弃物的高值化转变开辟了全新路径。

重磅发现竟源自一次“异常”的对照实验

全球每年塑料产量已突破4亿吨，大量废弃塑料通过倾倒、焚烧、填埋进入自然环境，渗入海洋与土壤，衍生出微塑料污染等持续性生态危机。目前废弃塑料的化学高值回收占比仅9%左右，且技术路径普遍依赖贵金属催化剂，需在高温高压条件下运行，面临能耗高、成本高、催化剂易失活等核心瓶颈。这些痛点，也自然而然成为科学家们关注的焦点。

“最初，我们研究塑料降解的思路其实和大多数同行一样——开发性能更高的催化剂。”王勇教授回忆道。

然而，一次看似普通的对照实验，却意外改写了整个研究的方向。

王勇教授团队在实验室研讨

在一次塑料降解实验中，博士生高瑞良按照惯例设置了一个未添加任何催化剂的空白对照组。按常理判断，这组实验几乎不可能发生反应。然而，实验结果却显示：化学性质极其稳定的聚乙烯塑料竟然发生了明显降解。

这一结果令人难以置信。作为最常见的聚烯烃塑料之一，聚乙烯因其高度稳定的碳链结构而被广泛应用，也正因如此被视为最难降解的塑料之一。在温和条件下，没有催化剂参与几乎不可能发生有效氧化降解。

面对这一“违背常识”的结果，团队并没有急于下结论，而是首先怀疑实验本身是否存在问题。

“我们最开始认为可能是操作失误，或者反应器中残留了微量催化剂。”王勇教授介绍。为了排除各种可能因素，团队重新开展实验验证：更换全新的反应釜和内衬，采用不同批次的高纯试剂和塑料原料，对设备进行彻底清洗，并由不同实验人员独立重复实验。经过数十次交叉验证后，塑料降解现象始终稳定重现。

至此，团队不得不接受一个看似不可思议的事实：在没有任何催化剂参与的情况下，塑料确实发生了降解。

这一发现彻底打破了团队原有的研究框架，也让研究重心从“开发更高效催化剂”转向“揭示催化剂缺席时塑料为何仍能降解”的全新科学问题。

在王勇教授看来，真正推动科学进步的，往往不是符合预期的数据，而是那些“不应该出现”的结果。“很多重大发现，都隐藏在异常现象之中。如果把它简单归结为实验误差，往往就会与新的科学规律失之交臂。”

正是这种对异常数据的敏感与坚持，促使团队持续深入探索。经过系统研究，他们最终揭示了水和氧气协同驱动聚烯烃氧化断链的新机制，并发展出无需催化剂、无需高温高压即可实现废旧塑料高值转化的全新技术路线，为破解全球塑料污染难题提供了新的解决方案。

一滴微小的水，如何化腐朽为神奇

经过大量重复实验和深入机理研究，团队最终将这一反常现象的根源锁定在一个此前被忽视的对象——微小液滴界面。

当废旧塑料与水、氧气共同加热时，熔融塑料在搅拌作用下被分散成无数微米尺度的油滴，形成稳定的“水包油”微液滴体系。研究发现，在这些看似普通的液滴界面上，由于界面分子排列的不对称性，会自发产生强局域电场。这种特殊的界面环境能够促进水分子活化，原位生成具有极强氧化能力的羟基自由基（·OH）。

这些羟基自由基犹如一把把精准的“分子剪刀”，能够逐步切断聚乙烯、聚丙烯等塑料中稳定的碳—碳长链，将原本难以降解的高分子材料定向转化为短链二元酸等高附加值化学品。而这些二元酸正是尼龙工程塑料、可降解塑料、香料、医药中间体以及功能材料生产过程中不可或缺的重要基础原料。

“整个过程不需要添加任何催化剂，仅依靠水和氧气，在一百多度的温和条件下便可实现聚乙烯的完全转化。”王勇教授介绍说，“更重要的是，反应结束后不会产生任何微塑料残留，实现了真正意义上的彻底降解与高值利用。”

PE（聚乙烯）在微滴表面自发氧化为二酸机理示意图

从塑料垃圾到化工原料新的绿色循环路径

摆脱对催化剂的依赖，是这项工作的核心突破之一。

长期以来，塑料化学回收普遍依赖贵金属催化剂，不仅成本高昂，而且对原料纯度要求苛刻，容易受到添加剂、杂质等因素影响而失活。此次发现则提出了一种全新的催化理念：催化作用并非一定来自外加的金属材料，而可以来源于微液滴界面本身所构建的特殊反应微环境。

“没有加入催化剂，并不意味着没有催化过程。”论文共同通讯作者毛善俊副研究员解释道，“真正发挥催化作用的，是微液滴界面产生的局域电场及其诱导形成的活性氧物种。换句话说，催化剂的角色从传统的金属活性中心，转变成了液滴界面本身。”

这一发现不仅刷新了人们对于塑料氧化降解机制的认知，也为塑料回收产业开辟了一条新的技术路线。原本价值低、处理成本高昂的废弃塑料，有望直接转化为高附加值化工原料，实现从环境负担到资源财富的转变。

“科学发现最终要解决现实问题。”王勇教授表示，“如果未来我国能够有30%的废弃塑料通过类似方式实现高效循环利用，其资源价值相当于再造两个大庆油田。”

在研究推进过程中，团队始终与产业界保持密切交流。来自企业的反馈表明，市场迫切需要一种成本低、能耗低、耐杂质能力强的塑料回收技术，而这恰恰是该技术路线最具优势的地方。在完成基础机理突破后，团队已开始向工程化应用迈进，努力推动这一实验室发现走向实际应用，为全球塑料污染治理和资源循环利用提供中国方案。