英文原题：Standardizing Depolymerization: Strategies and Performance Metrics

通讯作者：Céline Calvino，德国弗赖堡大学livMatS中心；Diego M. Alzate-Sánchez，美国东北大学化学与化学生物学系；Jacob J. Lessard，美国犹他大学化学系

作者：Céline Calvino; Diego M. Alzate-Sánchez; Jacob J. Lessard

研究背景：

高分子材料凭借其轻质、低成本及优异的耐久性，已成为现代生活不可或缺部分。然而，其广泛使用所带来的环境污染与废料累积问题日益严峻，对生态系统与人类健康构成潜在威胁。在此背景下，发展可持续聚合物生产、功能化再生及闭环循环利用技术已成为当前研究的前沿热点。按最终产品形态，聚合物废物再利用可分为降级利用、循环利用和升级利用，其中循环利用进一步包括再加工、拆解和解聚，而解聚通过将聚合物转化回组成单体，提供分子层级闭环利用的潜力。然而，解聚技术涉及热、光、机械等多种路径，策略多样且缺乏统一的评价标准，致使不同研究间的结果难以比较和评估。本文从解聚的基本原理出发，系统梳理热、光、力驱动解聚技术的研究进展，重点分析各类方法的优势与局限，并倡导建立标准化的性能评估指标体系，以期为聚合物循环经济的发展提供可比较的数据基础和可扩展的技术路径。

图1. 传统线性聚合物生命周期时间线，以及实现材料循环的通用方法（再加工、拆解与解聚）

内容介绍：

近日，德国弗赖堡大学livMatS中心Céline Calvino联合美国东北大学Diego M. Alzate-Sánchez与犹他大学Jacob J. Lessard团队合作在Precision Chemistry上发表了题为“标准化解聚：策略和性能指标”的Perspective论文。该文从解聚反应的基本热力学与动力学原理出发，梳理热、光及力驱动解聚技术研究进展，重点分析各类方法在单体回收率、选择性和规模化潜力等方面的优势与局限，倡导建立涵盖反应条件、单体回收率、选择性及再聚合表征等关键参数的标准化报告体系。

本体热解聚需克服极高活化能，常导致严重副反应，致使PE和PP单体收率仅约22%和10%。极快加热可抑制副反应，提升选择性；引入弱键（端基等）可降低活化能，使反应温和高效。如末端烯化使PMMA收率提高至84%；共聚邻苯二甲酰亚胺侧基使起始温度降至180°C且收率为85%；掺甲基苯乙烯衍生物降低键离解能，实现78%回收。后聚合改性可为PMMA/PAMS材料后引入弱键提供了潜在方案，也为处理现有塑料废料提供了可行路径。

图2.（A）聚合和（B）解聚的假设势能面，（C）通过电感耦合等离子体反应器快速加热实现聚丙烯解聚的反应示意图。（D）通过电致时空加热实现聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯解聚的反应示意图

光驱动解聚在选择性、温和条件及时空可控性方面优势显著。光热弱键解聚利用光响应基团在光照下产生活性物种，结合温和加热实现高效回收。碳量子点辅助光热解聚通过纳米局域加热（>6000 K）选择性断裂C–C键，实现PAMS、PS、PMMA等43–95%收率。波长门控可逆光聚合利用[2+2]环加成/环逆转反应精确调控聚合与解聚。可见，光驱动解聚能耗低、选择性强，但溶剂依赖、催化剂需求及固态应用瓶颈仍是其规模化的关键挑战。

图3. 两个体系的基态和第一激发态示意势能剖面：（A）一个体系发生激发态反应，但返回基态时未发生化学转化；（B）另一个体系在弛豫回到基态时实现了部分化学转化

力化学解聚通过机械力改变势能面，提供热/光难以实现的解聚路径。超声法利用空化产生的拉伸力已在环状聚邻苯二甲醛、聚醋酸乙烯酯-交替-二氧化硫中实现单体回收，但受限于稀溶液、低温及分子量要求，易生成低聚副产物。球磨作为少溶剂、低能耗方法，在处理商品聚合物方面展现出潜力，但选择性挑战显著。此外，聚苯乙烯（PS）/聚甲基丙烯酸酯类（PMMA）的球磨解聚涉及自由基及氧气作用，机理待阐明，且机械力对势能面的重塑作用尚未得到系统利用。建议深入理解力场下的势能面演变，以设计更有效的解聚路径。

图4. 适用于A–B–C体系的（A）对称的二维Morse势能面和（B）有效二维Morse势能面

总结/展望：

解聚是实现聚合物循环利用的关键策略。本文综述了热、光、力三类解聚技术研究进展。热解聚工业成熟但能耗高、选择性低；光化学条件温和但受限于光穿透性与稀溶液条件；力化学少溶剂但收率选择性不足。单一刺激难兼效率与规模化，未来应发展热-光-力多模态协同策略。同时，亟需建立标准化报告体系，除反应条件与转化率外，还应报告单体纯度、选择性、副产物及再聚合结果。解聚技术的成功需跨学科协同，并评估经济性与环境影响，其发展有望重塑材料生命周期，推动循环经济。此外，解聚还可拓展至信息加密、瞬态生物医学等新兴领域。

Cite this: Calvino, C.; Alzate-Sánchez, D. M.; Lessard, J. J. Standardizing Depolymerization: Strategies and Performance Metrics. Precision Chemistry 2025. https://doi.org/10.1021/prechem.5c00080