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新途径，但普遍存在效率低或分离困难等问题。通过水解加氢，可有效实现聚酯的解聚和转化，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，并进一步通过反应将羧酸基团转化，从而生成单一的目标产品。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学研究所胶体、界面与化学热力学院重点实验室、碳中和化学中心刘志敏课题组围绕退役聚酯的化学回收利用，发展了聚酯塑料降解反应的多种新路径（Nat. Commun., 2024,15,712;Nat. Commun., 2024,15,160;Sci. Adv.,2023,9,eade7971; Chem. Sci.,2024,15,10892 – 10899;Green Chem.,2024,26,3159-3164；Nano Res.2023,16,12223–12229），为相关技术研发提供了科学依据。

近期，该课题组设计合成了具有催化聚酯水解和羧酸加氢功能的RuMo/TiO₂双原子催化剂。该催化剂适用于各类聚酯及其混合物的催化转化，在温和条件下(如160 °C,4 MPa)，催化聚酯水解及其水解产物羧酸的加氢过程，以100%选择性获得二醇产物。研究表明，催化剂中Ru单原子和O桥联的Ru-Mo双原子位点共存；Ru单原子位点活化的H₂参与Mo位点吸附的水解产物羧酸的加氢反应，而O桥联的Ru和Mo双原子位点由于较高的反应能垒，抑制了生成醇的进一步加氢脱氧。

相关研究成果近期发表在Nature Communications期刊上（DOI: 10.1038/s41467-024-49880-z）。论文第一作者为汤旻昊博士与清华大学博士研究生沈吉，通讯作者为刘志敏研究员、赵燕飞副研究员和清华大学的王定胜教授。

图1 聚酯水解加氢转化制备二醇

图2 双原子催化剂的表征

胶体、界面与化学热力学院重点实验室、碳中和化学中心

2024年7月27日