突破！我国科研团队研发可漂浮二氧化钛材料，塑料分解效率实现跨越式提升

浮起来的黑科技：二氧化钛材料让塑料分解速度猛增

　　 5月8日消息，由中国科学院金属研究所等机构的科研人员共同研发出一种可漂浮的二氧化钛材料。这种材料在光照条件下能够降解塑料，无需使用酸碱溶液对塑料进行预处理，其降解塑料袋、保鲜膜等普通塑料的效率相较于传统材料提升了几十至上百倍，刷新了中性环境下塑料降解效率的最高记录。

　　 据悉，塑料因其低廉的制造成本和出色的耐用性，在医疗、航空航天、包装等领域扮演着不可或缺的角色。然而，随着塑料的大规模使用，废弃塑料的问题也变得愈发突出。目前，全球累计废弃塑料总量已达到64亿吨，而中国作为全球最大的塑料生产与消费国，每年塑料制品的累计量超过6000万吨，其中废弃塑料量高达4300万吨。 这种现象令人深思。一方面，塑料为现代社会的发展提供了巨大便利，推动了经济的快速增长和技术的进步；另一方面，废弃塑料带来的环境压力却不可忽视。大量塑料垃圾不仅占据了宝贵的土地资源，还对土壤和水体造成了严重污染，甚至通过食物链影响到人类健康。如何平衡塑料的利与弊，成为摆在我们面前的一道难题。 我认为，解决废弃塑料问题需要从源头着手，加强塑料制品的循环利用和环保设计。同时，政府、企业和公众都应承担起相应的责任，共同推动绿色低碳发展。只有这样，才能在享受塑料带来便利的同时，最大限度地减少其对环境的负面影响。

　　 随着废弃塑料对环境、生态及人类健康的危害日益显现，一种全新的技术——光催化重整塑料技术逐渐兴起。该技术利用太阳光激活半导体材料，将塑料分解并转化为高附加值化学品，不仅实现了固体废弃物的再利用，还兼具能源转化的双重功效。

　　 二氧化钛作为一种常见的半导体光催化剂，在光照条件下能够生成具备分解塑料能力的羟基自由基。这些羟基自由基犹如“分子剪刀”，可以切断塑料的分子结构链。不过，羟基自由基的寿命极短，仅约为10纳秒，其作用范围也被局限在10到100纳米之间。由于自由基的寿命短暂且迁移距离有限，难以跨越微米级以上的反应界面。因此，在实际操作中，通常需要利用强酸或强碱对塑料进行预处理，以提升光催化材料与塑料之间的界面接触效果。然而，这一预处理步骤占到了整个工艺成本的大约85%。

　　 科研团队创新性地提出了“漂浮策略”与“维度定制”相结合的新方法，成功在二维二氧化钛表面构建了一层纳米级碳氮疏水层，使这种新材料能够在中性水溶液表面稳定漂浮。相比传统的二氧化钛材料，这种可漂浮二氧化钛展现出了两大显著优势。一方面，它打破了传统光催化材料与塑料之间难以有效接触的限制，实现了阳光、氧气以及光催化材料与塑料之间的零距离互动；另一方面，它能够利用寿命长达1毫秒的超氧自由基，这一特性足以深入分解塑料分子的碳链结构，从而实现对塑料的有效降解。 这项研究不仅为解决塑料污染问题提供了全新的思路，还展现了科学家们在材料科学领域的无限潜力。特别是在应对全球塑料污染危机方面，这种新型材料无疑开辟了一条充满希望的道路。未来，随着技术的进一步优化与推广，我们有理由相信，这种可漂浮二氧化钛将在环境保护领域发挥更大的作用，为人类创造更加清洁、可持续的生态环境。同时，这也提醒我们，在面对环境问题时，需要不断探索创新，用科技的力量去寻找更为高效和持久的解决方案。

　　 该研究得到了国家自然科学基金委、中国博士后基金及新基石科学基金会资助，相关成果近期以“Floatable organic-inorganic hybrid-TiO2 unlocks superoxide radicals for plastic photoreforming in neutral solution”为题发表于《Nature Communications》。特别研究助理姜梦培博士为论文第一作者。

　　 附论文地址：

　　 https://www.nature.com/articles/s41467-025-59467-x