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 在我們的日常生活中經常會用到由聚烯烴制成的產品。它被廣泛應用于聚乙烯制品，如塑料袋或聚丙烯產品，如尿布。

作為社會上廣泛使用的材料，聚烯烴制品在發揮它的作用的同時也為我們的生存環境制造了大量的垃圾。科學家指出：塑料袋制品估計需要幾個世紀才能被降解

但是現在，弗吉尼亞理工大學的研究人員使用一種新型的催化劑和聚酯聚合物合成了一種可生物降解的聚烯烴替代品。這一突破性研究最終會對可持續性的努力產生深遠的影響。

在化學工程系助理教授和大分子創新研究所（MII）的附屬教員Rong Tong領導下，其研究小組將最近的研究成果發表在《Nature Communications》雜志上。

聚合物化學中最大的挑戰之一是控制聚合物的立構規整度或立體化學。當將單體上的亞基接枝在大分子鏈時，科學家很難合成出一個與主要聚合物鏈截斷的側鏈官能團排列一致的高分子聚合物。這些側鏈官能團會極大地影響聚合物的物理和化學性質，例如熔融溫度或玻璃化轉變溫度，并且常規立體化學會使材料有更好的性能。

Tong說他的團隊現在已經找到了一種方法，可以用聚酯合成出具有規則的立體化學結構的材料。

“目前還沒有辦法進行這種化學研究，”Tong說：“人們之前已經做過與聚乳酸類似的研究，但我們已經從根本上表明，如果我們控制立體化學，聚酯的物理和化學性能就會得到改善。”

Tong和他的博士后Quanyou Feng發現了一個簡單到令人驚訝的化學反應過程，就是使用家用燈泡引發聚合反應。該反應以一種新型的Ni / Ir作為光催化劑，并用一個立體選擇性的Zn催化劑來引發O-羧腈氫化物單體的開環聚合反應來合成這些改進的聚酯。單體聚合方便且用少量催化劑在幾小時內就可完成反應。所得材料具有較高的分子量、結晶度和熱穩定性，并且可以在堿性水溶液中被降解。

Tong說：“如果使用常規催化劑，不能控制產物的立體化學構型，但我們發現該催化劑可以做到這一點。在我們的論文中，我們展示了如何設計這樣的立體選擇性催化劑，以及它們如何幫助進行立體化學控制。”

鄰羧酰肼是由氨基酸組成的天然有機化合物。因此以鄰羧酰肼為原料合成的聚酯會降解，與目前廣泛使用的不可降解的聚烯烴不同。此外，鄰羧酰肼化物可以給聚酯引入不同的官能團，進而使聚合物的應用多樣化。目前，FDA僅批準了一些用于生物醫學應用的聚酯。在反應結束后，Tong與化學系助理教授兼MII院院士Guoliang Liu一起工作，證明新聚合物的性能得到了改善。

“Tong博士的實驗室有超前的催化劑設計和聚合技術，而我們有出色的表征和加工技能，所以我們合作是必然的，”Liu說。“控制和證明這個催化反應不是一個簡單的過程。差示掃描量熱法和核磁共振的表征結果為我們合成產物的結構和性質提供了強有力的證據。”

將這些聚酯應用到其他領域還在進行中，Liu說，但就目前而言，這已經是材料研究的一大進步。

Liu說：“這種控制立構規整度的聚酯合成方法可以提供給我們一個以前沒有的聚合物材料庫。”

這一化學上的創新讓Tong和Liu激動不已，希望未來能生產出可降解的綠色塑料來取代今天存在于垃圾填埋場和海洋中長達幾十年或數百年的石油塑料。

Tong提到，這種新型的聚合物合成技術僅在學術實驗室規模上得到了驗證。 目前仍有許多工作要做，比如表征這些功能材料和完善正在申請專利的合成放大過程。

“看到這些可降解聚酯應用在市場上，實現塑料工業和生物醫學的應用是我們的夢想。”Tong說。”Tong說。