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 塑料污染，已經成為環境治理的頭號難題。原本為了穩定而設計出的塑料，卻構成了“不腐”的污染。想要解決塑料污染問題，一種有潛力的方法是發展可降解和回收的塑料。近幾十年來，一系列的研究努力都在致力于開發環境自降解塑料，這種塑料在自然環境中會自動消失，不會留下碎片或有害產品。隨著數字社會和人工智能的快速發展，廣泛用于柔性電子和智能設備的共軛聚合物面臨著與普通塑料同樣的降解和回收問題，并且由其π共軛骨架結構的復雜性，消費后共軛聚合物的降解和回收明顯比商品塑料更具挑戰性。因此必須在塑料對環境造成不可逆轉的后果之前，對環境可自降解的共軛聚合物進行主動探索，并采取有效策略降解消費后的共軛聚合物。

【成果簡介】

最近，香港科技大學唐本忠院士/華中科技大學羅亮報道了一種環境自降解的共軛聚合物聚(癸4,6-二烯二酸，PDDA)，相關論文以“Complete Degradation of a Conjugated Polymer into Green Upcycling Products by Sunlight in Air”為題，發表在《JACS》上。

【本文亮點】

（1）PDDA作為一種功能材料，在黑暗或無氧環境下是穩定的。在使用壽命結束后，暴露在陽光和空氣中，PDDA迅速分解，在一周內通過光氧化完全分解，產生生物相容性好、附加值高的主要降解產物琥珀酸。

（2）PDDA通過空氣中的陽光完全降解為綠色可回收利用產品，不留下任何微塑料，不僅創造了環境自降解共軛聚合物的先驅范式，也啟發了開發有效的策略，在自然環境中完全降解消費后的共軛聚合物。

【圖文解析】

首先，作者以單體癸4,6-二烯二酸(DDA)為原料，采用拓撲聚合的方法合成了PDDA。并將一塊PDDA薄膜放入水中時，浸泡的聚合物薄膜在站在室外架子上時迅速分解成小塊，最后在1周內消失。經標準分子量標記校正，原始PDDA分子量超過650kDa。有趣的是，對于PDDA樣品，只要照射1h，高分子量對應的色帶就會迅速消失。信號的整合明顯向低分子量區域偏移。具體如圖1所示。

圖1. (A)通過拓撲化學聚合(Topo-polymn)合成PDDA及其獨立膜的照片。(B)顯示在淡水或海水環境條件下，不同靜置時間對PDDA薄膜物理外觀的影響的照片。(C) PDDA在白光照射不同時間后的瓊脂糖凝膠電泳(AGE)照片。(D)定量AGE分析顯示PDDA的分子量(MW)隨白光照射時間的變化。

由于微塑料有可能從各種來源進入自然生態系統，并最終在食物鏈中積累。為了確保PDDA在破碎過程中不會產生微塑料，作者還檢測了PDDA微粒(MPs)的可降解性。發現暴露在陽光下的PDDAMPs分散導致紅色和Tyndall效應的迅速消失，具體如圖2所示。

圖2. (A)暴露在陽光下前(0分鐘)和后(2-30分鐘)，PDDA MPs在水介質中的分散照片。(B)濾紙上PDDA薄膜在陽光下發生光解所產生的正負照片模式。(C)陽光照射對PDDA - MPs水溶液分散體吸收光譜的影響。插圖:PDDA在500 nm (A500)處的吸光度隨日照照射時間的變化;圖中暗處的數據用于比較。(D)暴露在陽光下不同時間后PDDA - MPs色散的拉曼光譜。插圖:PDDA在1522cm–1的變化 (Ⅰ1522）和2121cm–1(Ⅰ2121）處相對拉曼強度隨日照照射時間的變化。

PDDA在室外架子上放置1周后，其原油降解混合物未經任何分離純化，在1HNMR譜上沒有PDDA的峰特征。相反，光譜上出現了一個2.41ppm的尖銳單峰，最終驗證PDDA可以在空氣中被陽光完全分解為以琥珀酸為主導的綠色升級循環產物，是共軛聚合物降解和可循環回收的理想范例。具體如圖3所示。

圖3.(A, B) PDDA、降解劑和琥珀酸的粗混合物在D2O中測定的1H NMR (A)和13C NMR (B)。(C, D)降解劑與琥珀酸粗混合物的HR-MS譜(C)和HPLC示蹤(D)。

從丁二酸的生成，以及PDDA骨架中C-C和C-C鍵的完全耗盡等現象，表明PDDA在空氣中的陽光照射下發生了光氧化降解。并根據這一機制，2-酮戊二酸應該是一個關鍵的中間體，然后將其脫羧并氧化生成最終產物琥珀酸。如圖4所示。

圖4.(A) 13C標記聚二乙炔主鏈(PDDA-13C)的PDDA降解機理。(B) PDDA-13C降解混合物中α-酮戊二酸-13C2(左圖)和琥珀酸-13C (右圖)的HPLC圖譜。插入: α-酮戊二酸-13C2 ([M-1]-，左邊)和琥珀酸-13C的HR-MS譜圖([M-1]-，右邊)。(C) PDDA薄膜在D2O中的原位1H NMR譜圖，暴露于空氣(僅空氣)，陽光(僅hν)和陽光照射在空氣中(空氣+ hν) 5天后。

【小結】

綜上，作者采用拓撲聚合的方法合成一種環境自降解的共軛聚合物聚(癸4,6-二烯二酸)，或稱PDDA。PDDA作為一種功能材料，在黑暗或無氧環境下是穩定的。在使用壽命結束后，暴露在陽光和空氣中，PDDA迅速分解，在一周內通過光氧化完全分解，產生生物相容性好、附加值高的主要降解產物琥珀酸。PDDA通過空氣中的陽光完全降解為綠色可回收產品，不留下任何微塑料。除了代表著環境可降解共軛聚合物的先驅范式外，PDDA在空氣中的陽光下完全降解為綠色升級循環產品，也驗證了在自然環境中降解消費后共軛聚合物的一種有前途的普遍策略。