北大马丁&王蒙，最新Nature Sustainability！

人物介绍

马丁，1996年获四川大学学士学位，2001年获中国科学院大连化学物理研究所博士学位2001-2005年在牛津大学/Bristol大学从事博士后研究，2009年至今在北京大学工作。曾获北京大学十佳导师（2019）、腾讯科学探索奖（2019）、中国化学会-巴斯夫青年知识创新奖（2019）、上海光源杰出用户奖（2019）、国家自然科学奖二等奖（第四完成人， 2019）、教育部长江学者特聘教授（2018）、中组部万人计划创新领军人才（2018）、中国科学十大进展（2017）、国家杰出青年基金获得者（2017）、中国催化青年奖（2017）、英国皇家化学会会士（2016）、王选青年学者奖（2014）、北京大学青年教师教学比赛一等奖（2013）、国家优秀青年基金获得者（2012）。

研究方向为：针对能源和环境中的催化问题，在环境友好、资源合理利用的前提下，对于催化剂结构在原子尺度进行调变和操控，从而达到构建新型高效催化剂体系的目的。研究工作集中围绕能源相关的催化反应进行，着力于发展新的催化体系，结合operando表征手段来解决催化过程中的重要科学问题，包括：

1）煤基/生物质基/天然气基合成气的催化转化：合成气和二氧化碳转化新路线的催化剂设计和反应机理研究；

2）氢气制备和输运新催化剂过程设计；

3）甲烷（页岩气）活化的新路径研究；高值化学品催化合成新体系；

近年来，马丁教授致力于使用立方相α-MoC作为催化剂，开展了多方面的研究，并以此发表了多篇文章，详见www.chem.pku.edu.cn/mading

今日，马丁教授在Nature Sustainability上以“Valorization of waste biodegradable polyester for methyl methacrylate production”为题介绍了利用α-MoC实现塑料快速降解的工作。

成果介绍

聚乳酸等可生物降解聚酯是传统塑料有前途的替代选择，但生物降解一般都会产生CO₂，且废弃的生物可降解聚酯可以作为生产增值化学品的碳源。因此，可降解聚酯的稳定不仅避免了生物降解过程中CO₂的排放，而且实现了可持续的碳利用。

在此，北京大学马丁教授和王蒙副教授等人报告了一个两步催化过程，将废弃聚乳酸转化为甲基丙烯酸甲酯。首先在甲醇溶液中通过α-MoC催化剂将聚乳酸以近乎定量的收率（转化率>99%，选择性98%）转化为丙酸甲酯，然后将得到的丙酸甲酯与甲醛反应，生成甲基丙烯酸甲酯，其转化率为81%，选择性为90%。这项研究为处理报废的可生物降解聚酯塑料和促进循环经济开辟了一条新途径。

相关文章以“Valorization of waste biodegradable polyester for methyl methacrylate production”为题发表在Nature Sustainability上。

研究背景

废弃聚合物的升级再造对于实现全球循环经济至关重要，与聚乙烯或聚丙烯相比，生物可降解聚合物备受关注。然而，可生物降解聚合物的完全降解通常需要数月甚至更长时间，导致它们在环境中积累。

更重要的是，聚合物生物降解过程的最终产物是CO₂，这与焚烧基本上没有区别。在可生物降解聚合物中，包括聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）和聚己内酯（PCL）在内的脂肪族聚酯具有最大的市场份额，这些聚酯具有优异的加工性能、耐久性和机械性能，已经提出了各种化学回收方法来处理用过的聚酯。

最常用的方法是将聚酯水解和醇解成单体，可以重新用于聚酯合成。除了这种聚酯的闭环回收外，另一个有吸引力的途径是将废聚酯用作碳源，并将其转化为增值化学品或其他关键单体。重要的是，聚酯的主链是高度官能化的。因此，选择性地插入额外的化学官能团（例如，-OH，-COOH，-NH₂，=CH₂和-CN）或在解聚过程中将原始官能团转化为指定官能团，是有效构建高价值产品的关键。

内容详解

本文提出了设计实用化废聚酯转化为高附加值化学品的三个标准：

（1）转化需要在相对温和的反应条件下进行;

（2）由于聚酯的骨架中通常含有含氧官能团，需要在目标产品中保留大部分（或至少部分）这些官能团;

（3）工艺应尽量减少H₂的使用。

研究显示，甲基丙烯酸甲酯（MMA）是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的单体，也是油漆、涂料和粘合剂中共聚物的基本单体。到2027年，全球MMA预计将达到98亿美元，包括丙酮氰醇（ACH）路线在内的传统工艺生产MMA相对复杂。因此，从废聚酯中生产MMA不仅可以避免CO₂降解过程中的排放，也使这部分碳资源固定成高价值化学品。

图1. 从PLA到MMA的回收路线

本文展示了将废可生物降解PLA转化为MMA的两步催化过程。合成过程如图1所示：第一步是以PLA和甲醇为唯一进料的PLA制丙酸甲酯（MP）催化转化过程；

甲醇溶液在220°C下，在α-MoC催化剂上实现了>99%的转化率和98%的MP选择性。第二步是将获得的MP转换为目标MMA，转化率为81%，MMA选择性为90%。更重要的是，在整个过程中不需要外部的H₂。与传统的单体回收工艺相比，该方法为在相对温和的条件下生产具有高转化率和高选择性的高价值化学物质提供了一种新的循环策略。

图2. PLA在α-MoC上的选择性分析

图3. 聚酯向烷基酯的催化转化

图4. 使用废PLA生产MMA

综上，本文开发了一种可持续的工艺，能够有限的将废聚酯转化为高附加值化学品。基于两步催化过程，表明α-MoC催化系统中实现了对目标产物的高转化率和选择性。更重要的是，整个转化过程不使用任何外部高压H₂，这为这种聚合物估值过程增加了可持续性优势。这种对可生物降解聚酯进行升级再造的方法不仅可以激发各种废塑料的升级再造工艺的发展，还可以证明将塑料废物作为碳资源生产高价值产品的可行性，以实现可持续的循环经济。

Bo Sun, Jie Zhang, Maolin Wang, Shixiang Yu, Yao Xu, Shuheng Tian, Zirui Gao, Dequan Xiao, Guosheng Liu, Wu Zhou, Meng Wang, Ding Ma, Valorization of waste biodegradable polyester for methyl methacrylate production, Nature Sustainability, 2023, https://doi.org/10.1038/s41893-023-01082-z

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/21/fe249535c7/

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