胡良兵教授最新Nature，第十篇正刊！

　　?马里兰大学的胡良兵教授继四年9篇NS正刊，其中3篇《Science》封面、1篇《Nature》封面，今日再发《Nature》，5年第10篇正刊！在“高熵合金”、“固态电解质”等领域成果颇丰。今日胡良兵教授的最新《Nature》又是一个崭新的领域：聚焦塑料回收新方式！

　　

　　在全世界制造的约83亿吨新塑料中，约60%最终变成了垃圾，如果处理不当，可能会危害环境和生物多样性。解决塑料垃圾问题是当今社会重点关注的问题。解聚是一种很有前途的策略，可以将废塑料回收成用于后续再聚合的组成单体。然而，许多商品塑料不能使用传统的热化学方法进行选择性解聚，因为难以控制反应进程和途径。虽然催化剂可以提高选择性，但它们容易受到性能下降的影响。

　　北京时间2023年4月19日，美国马里兰大学胡良兵教授研究团队和普林斯顿大学琚诒光教授研究团队在Nature期刊上发表题为“Depolymerization of plastics by means of electrified spatiotemporal heating”的新研究。

　　该研究报道了一种基于电致焦耳加热的反应策略，此策略可以将多类塑料材料进行选择性热解从而获得高附加值的单体原料，为废旧塑料的化学回收提供了新思路。该研究针对采用传统反应模式时塑料热解反应选择性差且高附加值产物产率低等问题，通过结合可编译电致焦耳脉冲加热技术以及多层、多孔反应器设计，得以对反应温度进行精确地时空调控，进而有效控制反应路径和产物选择性，高效且连续的实现塑料到单体的转化。

　　论文通讯作者是胡良兵、琚诒光教授，第一作者是董麒、Aditya Dilip Lele、赵新朋。

　　

　　合成高分子材料（例如塑料、橡胶、织物等）在不断造福人类的同时，其大量生产带来的环境和生态问题也在威胁着人类的未来。对于废弃高分子材料特别是废旧塑料而言，现有的回收手段并不能对其进行高效处理和再利用。传统方法诸如焚烧、填埋、二次热加工等方式不仅不能带来高附加值产品，同时会造成环境和生态的二次破坏。近年来，热化学回收逐渐成为了行业关注的热点，诸多传统热化学反应路径如高温裂解、催化分解、催化氧化等已被证明可以用于制备高附加值产物如单体、燃料、润滑剂等。然而，传统热化学处理方法仍受制于高附加值产物选择性差且产率低等问题。此外，传统热化学手段多基于燃烧加热的方法，这一过程能量消耗大、效率低且伴随大量的二氧化碳排放，不能满足可持续和绿色生产的需求。相比之下，采用清洁能源特别是可再生电能来对废旧塑料进行回收和再利用，不仅可以缓解环境压力，同时可以变废为宝，为化工生产提供重要的化学品原料，实现绿色化工和循环经济的目标。相比传统的热催化而言，电致化学转化具有能量效率高、碳排放低、反应条件可控可调、产物选择性好等优点。

　　

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　　有鉴于此，美国马里兰大学胡良兵教授研究团队和普林斯顿大学琚诒光教授研究团队联合提出了一种基于电致焦耳加热的时空温度控制（STH）手段，可用于连续、高选择性、高效率塑料热解反应，用于制备高附加值产物如单体、燃料等。此项研究基于该团队于2022年提出的可编译电致焦耳脉冲加热应用于气相反应物热化学转化的技术（Qi Dong et al., Programmable heating and quenching for efficient thermochemical synthesis, Nature 2022, 605, 470-476），通过对多孔碳材料即焦热加热源进行简单的多层设计，构建了一种可同时控制温度梯度和脉冲加热次序的反应器结构。当从固态塑料反应物出发时，该设计通过电致加热可以在层状多孔反应器中产生连续熔化、虹吸、气化和分解的过程，将塑料高分子热解为小分子。研究人员采用聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二酯为例，在无需添加任何催化剂的条件下，通过该设计可以降低高不饱和度产物的形成并取得40%左右的单体产率，远高于多数同类反应中含催化剂的体系（多低于25%）。值得一提的是，该方法采用电能对体系进行脉冲加热，不仅降低碳排放，同时通过在毫秒时间尺度中高低温切换的方式获得较高的能量效率。基于这项工作，胡良兵教授、琚诒光教授和董麒博士共同创办了初创公司Polymer-X Inc.。公司致力于对该技术进行产业化，将其应用于绿色化学品制备和材料回收。

　　

　　胡良兵，2002年本科毕业于中国科学技术大学，2007年在加州大学洛杉矶分校获得博士学位。2006年与他人共同创立Unidym公司，从事基于碳纳米管的柔性透明电极的大规模生产及其用于触摸屏、柔性OLEDs、太阳能电池的研究。 2009-2011年期间，以博士后的身份加入斯坦福大学崔屹课题组从事纳米材料和纳米结构用于能源器件的研究。 目前是美国马里兰大学（帕克校区）副教授。

　　他的研究兴趣包括：纳米材料和纳米结构，大规模的纳米制造，储能器件如固态电池、钠离子电池，印制电子。

　　获得如下诸多奖项，包括：Nano Letters Young Investigator Lectureship（2017），海军研究办公室青年研究员奖（2016），ACS能源和燃料新兴研究员奖（2016），SME杰出青年制造工程师奖（2016），马里兰大学青年教师奖（工程学院，2015年），3M非终身教职员奖（2015年），马里兰州杰出青年工程师（2014年），马里兰大学年度发明奖（2014年物理科学），美国校园之星工程教育学会（2014年），空军青年研究员奖（AFOSR YIP，2013年）等。目前已经发表了250多篇研究论文，三次登上Science封面。

　　相关论文信息：

　　https://doi.org/10.1038/s41586-023-05845-8