上海交通大学溥渊未来技术学院武月铭副教授与合作者在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上发表题为“Closed-loop CO2-Mediated Ultrafast and Controlled Synthesis of Amino Acid Polymers Toward a Circular Carbon and Polymer Economy”的研究论文，报道了一种面向碳循环与聚合物循环经济的新型闭环CO₂介导合成策略。该研究以CO₂和可再生氨基酸为原料，在温和条件下实现了CO₂的捕获、转化与循环利用，并制备出具有良好力学性能和可回收性的氨基酸聚合物，为降低聚合物制造过程中的碳排放、推动CO₂资源化利用和绿色高分子材料发展提供了新思路。
图1：闭环CO₂介导零净碳排放的氨基酸聚合物快速、可控合成
合成聚合物是现代社会不可或缺的重要材料之一，但其生产高度依赖化石资源，并伴随大量CO₂排放，从而加剧了全球碳失衡问题。为此，近年来大量研究尝试将CO₂作为碳源来合成聚合物。然而，现有的CO₂基聚合物主要依赖环氧化物、烯烃等化石基单体，这些单体在生产过程中本身就会产生大量CO₂排放，无法从根本上缓解碳失衡。此外，现有CO₂固定方法通常需要高压、高温以及过渡金属催化剂等较为苛刻的反应条件。因此，如何利用CO₂和可再生原料，在温和条件下高效合成可回收聚合物，仍是一个长期存在的挑战。
针对上述挑战，武月铭与合作者提出了一种全新的闭环CO₂介导合成策略。研究利用自然界中丰富的氨基酸作为可再生碳氮资源，在室温、常压条件下直接捕获CO₂，并将其转化为具有高反应活性的中间体，进而高效制备出结构多样的可回收氨基酸聚合物。与传统以化石资源为起点的聚合物制造模式不同，该策略将CO₂由“排放物”转变为可循环利用的化学资源，实现了CO₂在材料合成过程中的有效固定与再利用。此外，所得氨基酸聚合物还可以进一步解聚并回收为氨基酸原料，实现高分子材料的循环利用。通过将可再生原料、CO₂资源化利用和聚合物循环回收有机结合，该策略有望减少传统聚合物生产对化石碳资源的依赖，降低材料制造过程中的碳排放，为碳达峰、碳中和背景下的低碳化学制造和循环聚合物经济提供新发展思路，目标为未来生物材料和能源材料提供环境友好、支撑人与自然和谐发展的高分子基材。
图2：结构多样的功能性氨基酸聚合物
论文链接：
https://doi.org/10.1021/jacs.6c17448
通讯作者简介
武月铭（Yueming Wu），本文共同通讯作者。上海交通大学溥渊未来技术学院长聘教轨副教授、博士生导师，主要从事AI辅助生物大分子设计、高分子合成、高分子生物材料、抗菌/肿瘤药物和材料、组织再生、药物递送、医疗器械（脑机接口）等领域研究。以第一/通讯作者在Sci. Transl. Med.、Nat. Protocols、Nat. Commun.（2篇）、JACS（2篇）、Angew. Chem.（2篇）、ACS Central Sci.、Prog. Polym. Sci.等高水平期刊发表多篇论文，获授权美国专利1件、中国专利7件。
