降解性聚合物為解決由傳統不可降解聚合物廣泛使用引起的全球塑料廢物問題提供了有望的解決方案，包括水和土壤污染、生物危害以及資源和能源浪費。然而，將降解成分納入聚合物結構通常需要額外的成本，并增加了聚合物生產的復雜性，而且末端降解通常導致價值下降，因為聚合物會分解為無用的分子。升級再利用是一種主要針對不可降解聚合物的替代方法，可以通過諸如熱解、電解和貴金屬催化等過程將塑料廢料轉化為高附加值產品，從而增強末端聚合物的可重復使用性。
圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.
受以上兩個概念的啟發，清華大學化學系的許華平教授團隊報道了一種可以在溫和條件下直接降解為高附加值產品的聚合物，并通過實現塑料的可降解性和廢物升級來實現經濟可持續化發展。
為實現這一目標，關鍵在于聚合物化學結構的合理設計。然而，所需的結構應具有對溫和條件下分解的基團，促進降解同時產生高附加值的化學物質和直接實際的可重復使用性。然而，設計這樣的化學結構和相應的可降解反應仍然是一個巨大的挑戰。如圖1a所示，由作者團隊小組報道的具有氧化響應性的β-硒羰基可以成為滿足上述要求的合適候選者。在氧化條件下，β-硒羰基可以經歷硒氧化物消除反應（圖2），實現C-Se鍵的斷裂并產生可用作高附加值硒肥的硒物質。硒是人體健康的一種必需微量元素，其缺乏可能導致重大的醫學并發癥。不幸的是，全球超過15%的人口患有硒缺乏癥。硒肥的應用已被證明是一種有效的方法，通過補充硒到食物鏈中，從而解決人類硒攝入不足的問題。通過將β-硒羰基納入聚合物鏈中，可以使塑料直接轉化為高附加值的硒肥，實現塑料降解和廢物升級的結合。
圖片來源：Angew. Chem. Int. Ed.
在本篇報道中，作者通過開發一種β-硒羰基含聚氨酯材料（SePU）來展示他們的策略，該材料能夠在溫和條件下降解，并產生具有高可重復使用性的降解產物。這是首次成功將硒氧化物消除反應應用于塑料降解領域。當暴露在氧化條件下時，聚合物可以通過C-Se鍵的斷裂降解為低分子量段，而由此產生的降解物質，包括亞硒酸鹽和/或硒酸鹽，可以直接用作硒肥（圖1b）。通過箔噴或土壤施用獲得的硒肥的應用可以顯著增加植物對硒的吸收，這可能是解決全球人類硒缺乏的一種有效方法。與現有的塑料降解和廢物升級方法相比，SePU可以降解為具有實際應用的高附加值產品，而不是無用的小分子，無需在廢塑料轉化過程中使用苛刻的條件。作者團隊的研究首次成功地將硒氧化物消除反應應用于塑料降解領域，賦予塑料降解性和高可重復使用價值。這一策略為減少污染、改善塑料經濟和可持續性提供了有希望的解決方案。
標題：Polyurethane with β-Selenocarbonyl Structure Enabling the Combination of Plastic Degradation and Waste Upcycling
作者：Chaowei He, Cheng Liu, Shuojiong Pan, Yizheng Tan, Jun Guan*, and Huaping Xu*
鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202317558
