华理李艳&南昌航空邹建平JACS:非晶-结晶复合催化剂,C₃-C₅烯烃选择性达 94.9%
聚烯烃（聚乙烯、聚丙烯）废弃物因化学惰性强、难降解，积累量逐年攀升，已成为全球环境难题。现有处理方式中，机械回收易导致“降级循环”，传统热解产物分布宽、能耗高，亟需更选择性、节能的策略将其转化为高价值烯烃。然而，传统催化体系存在关键矛盾——微孔沸石酸位点难被聚烯烃大分子访问，无定形硅铝酸盐酸性弱，均限制了聚烯烃的高效裂解。
传统微孔沸石催化剂（如ZSM-5、USY）的窄孔道阻碍聚烯烃大分子扩散，酸位点利用率低；
强酸性与微孔限制易引发二次反应（环化、芳构化），导致焦炭沉积多、烯烃选择性差；
无定形硅铝酸盐虽扩散性好，但酸性弱、热稳定性差，催化效率低；
高酸密度的结晶沸石（如SOD）因微孔过小（2.6Å），酸位点无法接触大分子底物，活性极低。
设计了无定形-结晶复合（ACC）催化剂：将短程有序SOD型沸石域嵌入无定形硅铝酸盐基质，既保留无定形相的开放扩散通道，又整合SOD域的高酸性，成功解耦“酸性与微孔限制”的矛盾；
低密度聚乙烯（LDPE）裂解性能优异：440°C、催化剂/原料质量比10/1条件下，C₃-C₅烯烃选择性达94.92%、产率88.08 wt%，分别是商业ZSM-5的13倍、USY的37倍；
稳定性突出：20次连续循环后，焦炭沉积仅1.13 wt%，催化剂结构与活性无明显下降；
适用范围广：对线性低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）及消费后聚烯烃废弃物均有效，烯烃产率约80%、选择性超90%。
图1：ACC催化剂结构与聚烯烃裂解机制示意图
SEM形貌变化：随SiO₂添加量（x）增加，形貌从ACC-0.15的不规则微米团聚体→ACC-0.23的表面粗糙团聚体→ACC-0.30的60 nm均匀球形颗粒→ACC-0.45的更小颗粒；
XRD结构演化：x=0.15/0.23有SOD特征衍射峰（14°、24°，对应(110)/(211)面）；x=0.30峰弱宽化（结晶域与非晶共存）；x=0.45为宽非晶峰；
iDPC-STEM验证：ACC-0.30中观察到0.62 nm晶格条纹（SOD的(110)面），确认短程SOD域嵌入非晶基质；
EDS元素分布：Si、Al、O在ACC-0.30中均匀分布，证实两相均质整合。
图3：不同催化体系的性能与稳定性对比
产品产率对比：ACC-0.30的C₃-C₅烯烃产率（88.08 wt%）远高于空白（10.19 wt%）、ZSM-5（6.69 wt%）、USY（2.34 wt%）；
气体分布：ACC-0.30的C₃-C₅烯烃选择性（94.92%）显著优于其他催化剂；
废催化剂TGA分析：ACC-0.30的焦炭沉积量（1.13 wt%）远低于ZSM-5、USY；
循环稳定性：20次循环后，C₃-C₅烯烃产率保持~78 wt%，选择性保持~94%。
图4：ACC-x催化剂的性能与结构-性能关联
催化性能：ACC-x的C₃-C₅烯烃产率随SiO₂添加量先升后降，ACC-0.30达最大值（88.08 wt%），所有样品选择性均超91%；
N₂吸附-脱附：随SiO₂添加量增加，表面积增大；无低P/P₀区的N₂ uptake，表明无连续微孔；
NH₃-TPD分析：酸度随SiO₂添加量先升后降，ACC-0.30的总酸度（0.25 mmol/g）最高；
催化路线：展示ACC-0.30上的C-C键β-断裂、烯烃生成路径，及非晶相抑制二次反应的机制。
图5：消费后聚烯烃废料的催化性能
产品产率：LLDPE保鲜膜、LDPE塑料袋、HDPE药瓶、PP口罩、PP/PE混合包装的总气体产率均超85 wt%；
PP/PE混合包装：原料照片显示复合结构，气体分布中C₃-C₅烯烃选择性达92.98%；
不同废料性能：LLDPE保鲜膜（91.23%气体产率）、LDPE塑料袋（93.15%）、HDPE药瓶（86.42%）、PP口罩（91.37%）的照片及对应气体分布，C₃-C₅烯烃选择性均超92%。
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c14336
