摘要：聚乳酸（PLA）作为典型的生物基聚酯，虽可生物降解，但其自然降解产物为CO₂和H₂O，难以再次利用 。 陈学思院士、庞烜研究员课题组利用 碳正 离子通过活化羰基促进醇解断键， 促进聚酯和聚碳酸酯回收用。

聚乳酸（PLA）作为典型的生物基聚酯，虽可生物降解，但其自然降解产物为CO₂和H₂O，难以再次利用 。 陈学思院士、庞烜研究员课题组利用 碳正 离子通过活化羰基促进醇解断键， 促进聚酯和聚碳酸酯回收用。

陈学思院士、庞烜研究员课题组 系统评估了系列碳正离子Lewis酸对聚酯（如PLA、PET、PCL、PVL）和聚碳酸酯（BPA-PC）的醇解活性，发现三苯甲基四(五氟苯基)硼酸盐[Ph₃C][B(C₆F₅)₄]凭借阳离子强亲电性与阴离子弱配位性的协同作用，表现出最优催化性能：可在温和条件下高效实现PLA、PET和BPA-PC的完全解聚，分别生成乳酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯及双酚A与碳酸二甲酯，且最高TON达1000。

该体系还能分级降解PLA-PBS共混物，先低温选择性解聚PBS，再升温处理PLA，为混合塑料回收提供新途径。机理研究表明碳正离子通过活化羰基促进醇解断键，该工作为发展无金属、高效、可持续的塑料化学回收提供了新策略。

Recycling Polyester and Polycarbonate Plastics with Carbocation Lewis Acidic Organocatalysts

背景介绍

聚合物材料在推动现代社会发展的同时，也造成了日益严重的“塑料污染”问题。目前，全球每年产生数亿吨塑料废弃物，其中仅约9%被有效回收，其余大部分通过焚烧或填埋处理，导致土壤、水体及大气污染，并产生温室气体及其他有毒物质。机械回收虽然工艺简单，但通常造成性能劣化，实质为“降级循环”。相较之下，化学回收通过可控解聚将废弃塑料转化为单体或高附加值化学品，实现了真正意义上的“升级循环”，因此成为当前研究热点。

聚乳酸（PLA）作为典型的生物基聚酯，虽可生物降解，但其自然降解产物为CO₂和H₂O，难以再次利用。 通过醇解反应将PLA转化为乳酸酯等高值化学品，可显著提升其循环经济性。此外，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）及双酚A型聚碳酸酯（BPA-PC）作为产量最大的聚酯和聚碳酸酯，其高效化学回收同样具有重要意义。然而，现有催化体系多依赖金属催化剂，存在毒性高、残留难去除、环境负担大等缺陷，开发无金属、高效、广谱的催化体系成为迫切需要。

碳正离子（Carbocation）是一类不含金属的强Lewis酸，近年来在有机合成与聚合反应中表现出优异活性，但其在废弃塑料化学回收中的应用尚未系统探索。因此，本研究首次提出并验证了利用碳正离子催化醇解聚酯及聚碳酸酯的全新策略。

文章摘要

本研究系统评估了系列碳正离子Lewis酸对典型聚酯（PLA、PET、PCL、PVL）及聚碳酸酯（BPA-PC）的醇解活性，实现了废弃塑料的完全解聚与高值化回收。

研究发现，三苯甲基四(五氟苯基)硼酸盐[Ph₃C][B(C₆F₅)₄]（催化剂3）因阳离子强亲电性与阴离子弱配位性的协同作用，表现出最高的催化效率：在120 °C、1 h内可100%将PLA转化为乳酸甲酯，TON高达1000；在200 °C、4 h内完全解聚PET得到对苯二甲酸二甲酯（DMT）；在140 °C、2 h内完全降解BPA-PC得到双酚A（BPA）和碳酸二甲酯。

进一步地，该催化体系可实现PLA-PBS共混物的分级降解，先在80 °C选择性解聚PBS，再升温至120 °C解聚PLA，显著简化了混合塑料的回收流程。机理研究表明，碳正离子作为Lewis酸与聚合物羰基作用，活化酯键或碳酸酯键，进而被醇亲核进攻，实现链断裂。该工作不仅阐明了碳正离子在聚合物醇解中的催化本质，也为废弃塑料的无金属、高效、可持续回收提供了新范式。

文章内容

3.1 催化剂筛选与构效关系

以PLA甲醇解为模型反应，系统比较了[C₇H₇][BF₄]、[Ph₃C][BF₄]及[Ph₃C][B(C₆F₅)₄]的活性，发现催化效率随阳离子电荷定域性增强及阴离子配位能力减弱而提升；进一步合成了[Ph₃C][OTf]、[Ph₃C][CF₃COO]与[Ph₃C][CH₃COO]，证实阴离子对应的共轭酸pKa值越低（酸性越强），其催化活性越高。

本工作概览。(a) 塑料废弃物管理的传统路径（机械回收、焚烧、填埋）与化学回收/升级循环对比。(b) 本研究所用碳正离子 Lewis 酸催化剂的通式结构。(c) 无金属碳正离子催化醇解废弃聚酯与聚碳酸酯（PLA、PET、PCL、PVL、BPA-PC）制备相应单体或高值化学品。

催化剂筛选与构效关系。(a) 以聚乳酸（PLA，R190 树脂）甲醇解制备乳酸甲酯为模型反应。(b) 本研究所考察碳正离子 Lewis 酸催化剂的结构示意。(c) 120 °C、反应 1 h 条件下，5 mol % 各催化剂对 PLA 的转化率（¹H NMR，300 MHz，CDCl₃ 测定）。反应条件：PLA 288 mg（4 mmol 重复单元），甲醇 3.2 g（100 mmol）。

3.2 底物普适性与实际废弃物应用

催化剂3对多种商业树脂（PLA R190、R290、4032D）、终端废弃物（3D打印件、饮料杯盖、矿泉水瓶、食品包装、光盘、护目镜）均可在温和条件下实现定量解聚；对PCL、PVL等长链聚酯，仅需30 min即可完全降解。

3.3 分级降解混合塑料

以PLA-PBS共混吸管为例，通过温度梯度控制实现分级醇解：80 °C先解聚PBS，120 °C后解聚PLA，1H NMR验证了过程的选择性与完全性，展示了该策略对复杂塑料废弃物的经济、高效处理能力。

碳正离子催化 PLA 甲醇解的拟议机理。碳正离子（R₃C⁺）作为 Lewis 酸与 PLA 羰基氧作用形成活化络合物；甲醇亲核进攻生成四面体中间体，随后 C–O 键断裂生成乳酸甲酯并再生催化剂。

图2 PLA–PBS 共混吸管的层级醇解。左侧：两步选择性解聚流程示意——80 °C 先解聚 PBS（2 h），再升温至 120 °C 解聚 PLA（1 h），催化剂均为 3。右侧：各步骤所得产物的 ¹H NMR 谱图（300 MHz，CDCl₃），依次证实 PBS 的选择性降解（下方）及 PLA 的完全降解（上方）。

3.4 机理研究

基于Lewis酸-碱相互作用提出催化循环：碳正离子首先与聚合物羰基氧配位，提高羰基碳的亲电性；随后甲醇亲核进攻形成四面体中间体，经C–O键断裂实现解聚，过量的甲醇推动反应完全向产物方向进行。

催化剂3介导的不同废弃聚合物甲醇解通用性

总结展望

本研究首次建立了以碳正离子为无金属Lewis酸催化剂的聚酯及聚碳酸酯醇解体系，实现了从高值单体到终端废弃塑料的高效、高选择性转化，并展示了混合塑料分级回收的可行性。该策略避免了传统金属催化所带来的环境与健康风险，具有操作简便、条件温和、底物适用范围广、催化剂效率高等优点。未来工作将围绕催化剂的循环使用、放大工艺、生命周期评估以及在其他含酯/碳酸酯聚合物（如PU、PTMC）中的应用展开，为构建塑料闭环循环经济和实现“双碳”目标提供理论与技术支撑。

生物质高效预处理与增值转化，突破绿色复合材料改性及应用瓶颈，升级绿色农业材料与技术，以及废弃高分子绿色回收

文献信息

Nan Wang, Qiao Zhang, Zhiqiang Sun, et al. Recycling Polyester and Polycarbonate Plastics with Carbocation Lewis Acidic Organocatalyst, ACS Macro Lett. 2025, 14, 377−384 .

封面：文章插图

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来源：云阳好先生做实事