导语
浙江大学研究团队近日在《化学科学与工程前沿》发表重要成果，成功开发出一种高效双金属催化剂（NiRu/SiO₂），可在温和条件下将废弃聚乙烯（PE）塑料高效转化为高价值液态燃料，同时将甲烷生成量降低69%。这一突破为塑料污染治理提供了新思路，有望推动塑料化学回收技术的工业化应用。

背景：塑料污染的困境与回收挑战
聚乙烯是全球使用量最大的塑料（占比36%），但其化学结构稳定（仅含C-C骨架），传统方法难以高效降解。填埋或焚烧不仅污染环境，还造成碳资源浪费。近年来，氢解技术因反应条件温和、产物可控而备受关注。然而，现有贵金属催化剂（如钌、铂）虽能实现聚乙烯高效转化，但液态产物产率低（通常不足50%），且会生成大量低价值甲烷（占气体产物50%以上）。如何平衡催化活性与产物选择性，成为塑料回收领域的核心难题。

研究亮点：双金属催化剂的创新设计
浙江大学王凯歌团队提出“双金属协同”策略：以二氧化硅（SiO₂）为载体，通过分步浸渍法引入非贵金属镍（Ni）与贵金属钌（Ru），形成Ni-Ru合金结构。这种设计巧妙结合了两种金属的特性：

1. Ru的高活性：负责吸附氢分子并解离为活性氢原子，触发C-C键断裂。
2. Ni的调控作用：通过电子转移改变Ru的表面性质，抑制末端C-C键过度断裂，减少甲烷生成。

实验表明，NiRu/SiO₂催化剂在250℃、3 MPa氢气的温和条件下，液态产物（C4-C45）产率高达83.1%，较传统Ru/SiO₂催化剂（65.5%）提升27%。更关键的是，甲烷产率从25.9%骤降至10.4%，降幅达69%，且液态产物碳链分布向重质组分偏移（如蜡状产物C23-C45占比46.5%），大幅提升产物的工业价值。

机理揭秘：为何双金属催化剂更高效？
研究团队通过多种表征手段揭示了双金属协同的深层机制：

• 合金结构：X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）证实Ni与Ru形成合金，Ru的晶格间距因Ni嵌入发生偏移，改变了活性位点的电子环境。
• 氢吸附增强：氢气程序升温脱附（H₂-TPD）实验显示，NiRu催化剂表面氢覆盖率更高，促进反应中间体脱附，避免其进一步分解为甲烷。
• 丙烷脱附实验：NiRu催化剂对丙烷（C₃H₈）中间体的氢解活性显著低于纯Ru催化剂，证明其能“拦截”过度分解路径，保留长链产物。

“这就像一把智能剪刀，”论文第一作者张向坤比喻，“传统催化剂会无差别剪断塑料分子链，而双金属催化剂能选择性地剪断特定位置，尽可能保留长链结构。”

工业潜力：从实验室到规模化应用
该技术的优势不仅体现在高效和环保，还具备工业化潜力：

1. 成本降低：镍的引入减少贵金属钌的用量，催化剂成本下降。
2. 条件温和：反应温度（250℃）和压力（3 MPa）远低于传统裂解工艺（通常需400℃以上），能耗更低。
3. 产物高值化：液态产物可直接用作燃料或化工原料，而低甲烷产率减少温室气体排放。

研究团队进一步验证了催化剂的普适性。以正二十烷（C₂₀H₄₂）为模型化合物时，NiRu催化剂同样表现出对长链产物的选择性保留，证实其机制适用于多种聚烯烃塑料。

未来展望：塑料循环经济的催化剂
“这项研究为塑料‘升级回收’（Upcycling）提供了新方案，”王凯歌教授表示，“下一步将优化催化剂稳定性，并探索其在混合塑料废料中的应用。”目前，团队已与多家环保企业合作，推动该技术的工程放大试验。

随着全球“禁塑令”推进和碳减排需求激增，这项技术有望成为塑料循环经济的关键拼图，助力实现“零废弃”目标。正如《自然》杂志此前的评论：“塑料不是敌人，低效的回收体系才是。未来属于那些能将废塑料变为资源的创新技术。”

来源: 化学工程前沿FCSE