▲第一作者：Akalanka Tennakoon, Xun Wu
通讯作者：黄文裕, Aaron D. Sadow, Frédéric A. PerrasDOI: 10.1038/s41929-020-00519-4一次性塑料的过分消耗正在形成一场环球性的废物劫难，形成普遍的情况、经济和安康题目。聚合物在包装、修建、运输、电子和医疗保健行业中有着普遍的使用，位置无可替换。但其大范围的制造、一次性利用、剖析速率慢以及对敏感生态体系的毁坏等带来了塑料渣滓危急。塑料的惯例机器接纳办法在经济上是分歧算的，且再生塑料的品格会有所降落。作为传统接纳办法的新兴替换办法，化学晋级可以将废弃塑料转化为具有高附加值的化学品和质料。在此历程中，催化剂饰演着至关紧张的脚色，决议着产品的品种及散布。
有鉴于此，爱荷华州立大学的黄文裕传授、Aaron D. Sadow传授和 Frédéric A. Perras传授等人自创酶将大分子裁剪成原子级别精准片断的原理，设计并分解了有序介孔壳/活性位点/核布局的mSiO2/Pt/SiO2催化剂。该催化剂展示出优秀的聚乙烯氢解反响催化活性，可失掉碳数散布会合的烷烃，并可经过调治催化剂介孔孔道的尺寸来调治产品的散布。1. 自创酶精准降解柔性大分子的行进式催化机制，设计并制备出有序介孔壳/活性位点/核这一特别布局的催化剂。2. 接纳该催化剂完成了高密度聚乙烯的选择性氢解，失掉产品散布窄的柴油和光滑剂。3. 进一步展现了该催化剂对塑料的氢解原理与酶催化类似，能经过介孔孔道较为精准地控制产品的品种与构成。4. 这一研讨为塑料降解制备高附加值产品提供高效精准的催化剂，所包括的催化剂设计思绪对大分子拆解有着普遍的自创意义。1. 酶的行进式催化历程包罗分子链的线穿以及其与包括活性位点的裂隙状通道的非共价联合。这种裂隙中的联合付与聚合物链的多个反复单位以构象和地位特异性，使活性位点可以举行精准的裁剪。随后，小分子量的片断会被开释，而聚合物则进一步穿入催化孔，举行定位并举行下一步的裁剪。这些步调反复举行直至将整个聚合物链转化为所需的小分子量的片断。可以看出，这种聚合物的降解历程和肇始链的长度以及转化率有关。
2. 人工行进式催化剂的设计要害：一是充足窄的孔道以确保聚合物链在诱导的蜷缩构象中的头向吸附（具有介孔的二氧化硅壳），二是催化剂活性位点位于孔的末了左近（Pt纳米粒子位于孔道底部），如许可以选择性地从链端以肯定的距离堵截某种键，三是孔径的巨细布局以及性子容许天生的小分子产品解吸和逸出。
要点：在13C核磁共振谱图中，反式构象的化学位移是32 ppm，其构型是线性的，对应于穿入孔道的局部；偏转构象的化学位移是27 ppm，其构型是弯曲的；挪动构象的化学位移是29 ppm。聚乙烯在Davisil硅胶上存在三种构象，而在mSiO2上只存在两种构象，没有偏转构象，意味着介孔质料能诱导构成长锯齿状的聚乙烯布局。短链的聚乙烯在mSiO2上只存在线性构象。▲图3. 聚乙烯穿入介孔的动力学研讨。关于图b-d, 差别颜色代表差别操纵温度，绿色：72 ºC；橙色：93 ºC；蓝色：114 ºC。1. 二维核磁谱的交织峰对应着孔内的聚合物和孔口的亚甲基之间的互换。2. 在催化反响温度下，相称大局部的聚乙烯坚持吸附在孔内的形态。小分子量的片断与氧化硅的吸附作用较弱，且不会进入1.5 nm孔，包管了对长链聚合物的选择性吸附。3. 氧化硅孔可以与聚乙烯联合，但联合得并不太强，并没有制止聚合物的短程分散。▲图4. mSiO2/Pt/SiO2催化剂电镜图。
要点：从电镜表征后果可知，催化剂的布局为直径3.2±0.5 nm的Pt纳米颗粒负载在直径约为127±7 nm二氧化硅球上，表面生长一层厚度为110±8 nm的介孔SiO2（mSiO2）壳，介孔mSiO2壳有着径向辐射的孔径为2.4±0.2 nm的孔道。孔道长度为壳的厚度，孔道底部负载有Pt纳米颗粒。▲图5. mSiO2/Pt/SiO2和Pt/SiO2的氢解功能。
1. mSiO2/Pt/SiO2催化剂上HPDE的降解产品散布不依赖于反响举行的水平，除了HPDE和以C16为中心的窄散布产品外，不含其他更高碳数的分子。2. 整个反响历程中，HPDE的体相性子不产生变革。这些后果阐明mSiO2/Pt/SiO2催化HPDE的降解，经过相似于酶催化的行进式催化机制举行。3. Pt/SiO2催化剂上，产品中Cn的散布，依赖于反响举行的水平，且产品散布分明宽于mSiO2/Pt/SiO2催化剂。▲图6. 孔径相干的聚乙烯降解产品散布。从上到下催化剂的孔径顺次为1.7, 2.4和3.5 nm。
要点：催化剂孔径的直径巨细会影响氢解产品的散布。具有较小孔径（1.7 nm）的mSiO2/Pt/SiO2催化剂催化产品以C14为中心散布，随着催化剂孔径的增大，催化产品的链长随之增大。基于这一特征，因而，可接纳调治催化剂孔径巨细来调解产品散布的中值。https://www.nature.com/articles/s41929-020-00519-4
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