最近開發的一種用於分解塑料的催化劑正在推進塑料升級改造技術。由艾姆斯實驗室的科學家領導的一個科學家團隊在2020年發現了第一個過程性無機催化劑，將聚烯烴塑料分解成可用於製造更有價值產品的分子。該團隊現在已經開發並驗證了一種策略，在不犧牲理想產品的情況下加快轉化速度。
這種催化劑最初是由艾姆斯實驗室的科學家黃文宇設計的。它由負載在固體二氧化硅核心上的鉑金顆粒組成，周圍是具有均勻孔隙的二氧化硅外殼，可提供進入催化點的機會。所需的鉑金總量相當小，這一點很重要，因為鉑金的成本很高且供應有限。在解構實驗中，長的聚合物鏈穿入孔隙並接觸催化位點，然後鏈被分解成更小尺寸的碎片，不再是塑料材料。
根據艾姆斯實驗室的科學家和塑料合作回收研究所（iCOUP）的主任Aaron Sadow的說法，該團隊製作了三種不同的催化劑。每個變體都有相同大小的核心和多孔外殼，但鉑金顆粒的直徑不同，從1.7到2.9到5.0納米不等。
研究人員假設，鉑金顆粒大小的不同會影響產品鏈的長度，因此大的鉑金顆粒會產生較長的鏈，小的會產生較短的鏈。然而，研究小組發現，所有三種催化劑的產品鏈的長度都是相同大小的。
“在文獻中，碳-碳鍵裂解反應的選擇性通常隨鉑金納米顆粒的大小而變化。”Sadow說：“通過將鉑金放在孔隙的底部，我們看到了一些相當獨特的東西。”
相反，三種催化劑的鏈子被分解成小分子的速度是不同的。較大的鉑金顆粒與長聚合物鏈的反應更慢，而較小的鉑金顆粒則反應更快。這種速度的提高可能是由於較小的納米粒子表面的邊緣和角落的鉑金位點比例較高。與位於顆粒表面的鉑金相比，這些位點在裂解聚合物鏈方面更為活躍。
據Sadow說，這些結果很重要，因為它們表明活性可以獨立於這些反應的選擇性進行調整。他說：“現在，我們有信心製造出一種更有活性的催化劑，它能更快地嚼碎聚合物，同時利用催化劑結構參數來撥動特定的產品鏈長度。”
黃文宇解釋說，一般來說，這種大分子反應性在多孔催化劑中沒有得到廣泛研究。因此，這項研究對於了解基礎科學以及它在塑料升級回收方面的表現非常重要。
“我們真的需要進一步了解這個系統，因為我們每天都在學習新的東西。我們正在探索其他可以調整的參數，以進一步提高生產速度和轉變產品分佈，”黃文宇說。“因此，在我們的清單中，有很多新的東西等待我們去發現。”