日前，东南大学能源与环境学院肖睿教授、张会岩教授团队在国际著名期刊《proceedings of the national academy of sciences of the united states of america》上发表题为“pyrolysis-catalysis upcycling of waste plastic using a multilayer stainless-steel catalyst towards a circular economy”的论文，报道该团队在废塑料催化热解领域的最新研究成果。
废塑料的高值化利用对解决当前世界面临的环境污染和资源短缺问题具有重要意义。在众多废塑料回收利用工艺中，催化热解技术因其工艺简单、经济效益高等优势而备受瞩目。然而，现有的粉末催化剂存在沉积速率低、碳氢转化率低、产品选择性低、难以循环利用等瓶颈问题，限制了技术的规模化放大。
针对上述问题，团队开发了一种可重复使用的改性多层不锈钢金属基底催化剂，能够高产率、高速率的将废塑料催化热解为高性能多壁碳纳米管和氢气，同时实现催化剂的多次循环利用。论文在传统小分子沉积的基础上，提出并发展了大分子直接沉积的概念（macromolecule chemical vapor deposition，mcvd），大幅提高了沉积速率和效率。该催化剂在催化聚苯乙烯类废塑料中获得86%和70%的碳原子和氢原子回收率（碳管质量产率达78.2%，尾气中氢气浓度达93%），远超目前粉末催化剂，该方法亦适用于聚乙烯、聚丙烯等多种类型的废塑料或混合塑料。此外，利用超声波可实现碳纳米管和催化剂的有效分离，在10次循环后，催化剂对废塑料碳原子回收率仅降低5%。制备的多壁碳纳米管在锂离子电池和吸波剂方面应用潜力巨大。该研究工作提出的mcvd方法和开发的网状催化剂解决了碳管制备过程中沉积速率慢、效率低和催化剂难以分离利用等难题，为废塑料高值规模化利用提供了新途径。
东南大学清洁能源团队博士生刘晴雨、硕士生江冬阳和清华大学特聘研究员周会为论文共同第一作者，张会岩教授为论文通讯作者，东南大学为论文唯一通讯单位。近年来，肖睿教授、张会岩教授团队在国家重点研发、国家优秀青年基金等项目资助下，在生物质/有机固废高值化利用方面取得了一系列重要进展。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305078120
供稿：能源与环境学院