塑料，人类文明的“双刃剑”。

2019年全球产生3.53亿吨塑料废物，近半数被填埋。若趋势延续，2050年将有120亿吨塑料废物在环境中积累。聚烯烃占塑料总产量60%以上，其化学惰性让降解成了世纪难题。

现有催化升级回收策略——无论是催化裂化、氢解还是氧化——都逃不开一个“死穴”：真实废塑料中的添加剂和杂质会导致催化剂中毒。而非催化热裂解虽无需催化剂，但高温下自由基反应难以控制，产物分布不稳、易结焦。

浙江大学王勇教授、毛善俊副研究员与英国卡迪夫大学Graham J. Hutchings教授等团队想出了一个颠覆性的解法。

他们彻底抛弃了催化剂，仅用水和氧气，在温和条件下（125°C，2 MPa氧气）将聚乙烯等废塑料转化为高附加值的二元羧酸。

成果于2026年7月15日发表于《自然》。

聚乙烯转化率接近100%，短链二酸碳收率69%，其中丁二酸占总二酸的58.4%。

“小液滴”里的大反应

故事的起点，是一个“异常”的实验。

博士生高瑞良在一次对照实验中，不加任何催化剂，却发现聚乙烯竟然降解了。数十组交叉验证后，团队确认：这不是失误，是新现象。

关键藏在水-油界面的微液滴里。搅拌下，熔融的聚乙烯分散成平均直径1.87微米的油滴，形成“水包油”体系。微液滴界面存在约10⁹ V/m的强局域电场，能直接电离水分子，原位生成羟基自由基（·OH）。

这些·OH就像“分子剪刀”，切断聚乙烯的C–C长链，将其转化为短链二元酸。

Figure 1（无催化剂PE氧化降解）

层层验证，排除一切干扰

为了证实这一机制，团队做了系统性的排除实验：

• 排除金属干扰：ICP-MS测得反应后溶液中金属浓度仅ppb级别，人为添加同等浓度金属盐后转化率无变化；使用全PTFE反应釜同样观察到·OH信号。
• 直接捕捉·OH：EPR在反应12小时后捕捉到强烈的·OH信号，TMB显色反应和4-CPB转化实验进一步确证。
• 确认水的作用：加入·OH捕获剂叔丁醇显著抑制反应；用D₂O替换H₂O观察到动力学同位素效应kH/kD = 7，证明水-derived·OH是决速步。
• O₂的角色：无氧条件下EPR仍能检测到·OH，但聚乙烯几乎不降解，说明O₂是降解进行的必要条件。O₂捕获界面电子生成超氧自由基（O₂⁻），维持氧化循环。

Figure 2（羟基自由基的生成与检测）

机理：·OH如何一步步“剪断”塑料？

H₂¹⁸O同位素标记实验显示，产物丁二酸的质谱峰出现+6 Da位移，证明产物中的氧原子主要来自水。

团队提出的机理路径是：界面电场产生·OH与电子，氧气捕获电子生成O₂⁻，共同维持氧化循环。·OH从聚乙烯链上攫取氢原子形成烷基自由基，再被·OH捕获生成醇中间体，经氧化形成烷氧基自由基，β-断裂或HAT后生成醛、酮，最终氧化为二元羧酸。

凝胶渗透色谱显示，反应3小时后聚乙烯分子量从4,700 g/mol降至455 g/mol。

Figure 3（时间进程与机理）

普适性与放大：从实验室到工业

该策略展现出惊人的底物普适性：

• 多种PE废物（手套、LDPE袋、HDPE盖、混合商用PE）均实现100%转化，二酸收率>60%
• 超高分子量聚乙烯：61.8%二酸收率
• 聚丙烯：生成C₃–C₆二羧酸
• 聚苯乙烯：生成苯甲酸、苯乙酸等芳香酸
• 真实废旧轮胎：180°C下成功转化
• 海水中同样有效：为处理海洋塑料污染提供可能

即使存在过量抗氧剂（BHT、Irganox 1010、6PPD）、光稳定剂及无机填料（TiO₂、CaCO₃、ZnO），转化率与收率均无明显变化——这是传统催化方法无法做到的。

团队成功将反应放大至300克规模，并完成了详细的技术经济分析与生命周期评估。

Figure 4（底物拓展与应用）

研究意义

第一，把微液滴化学从“实验室玩具”变成了“工业蓝图”。

此前微液滴化学仅局限于毫摩尔级微观应用，这是首次将微液滴界面自由基化学放大到可工业化规模。

第二，真正解决了“催化剂中毒”这个工业死穴。

商业废塑料中的添加剂、杂质、混合组分——传统催化的噩梦，在新方法面前完全不是问题。无需任何催化剂，意味着没有中毒这回事。

第三，为塑料循环经济提供了革命性路径。

从聚乙烯到轮胎，从纯净塑料到混合废料，从淡水到海水——这套策略的普适性和鲁棒性，为全球塑料污染治理提供了可规模化的中国方案。

论文信息：Catalyst-free, microdroplet-mediated waste plastic conversion to diacids，Nature，2026，DOI: 10.1038/s41586-026-10746-7

总结：

搅拌分散形成微米级油滴→界面强电场驱动水电离→原位生成羟基自由基“分子剪刀”→无催化切断聚乙烯C–C链→近100%转化、69%二酸收率→300克放大→兼容添加剂与混合废料→为微液滴化学工业化提供蓝图。