Upcycling of atmospheric CO2 to self-healing recyclable polymers under ambient conditions

解聚 聚合物 共价键 材料科学 纳米技术 催化作用 热的 化学工程 动态共价化学 化学工业 碳酸盐 化石燃料 离子 绿色化学 碳纤维 有机化学 增韧
作者
Xiaoyue Zeng,Shiguang Zhang,Huiya Li,Chun Liu,Liang Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-70046-6
摘要

The polymer industry is confronting an urgent sustainability trilemma: accelerating plastic pollution, substantial CO2 emissions from production processes, and dependence on diminishing fossil resources. Upcycling CO2 into polymers presents a promising solution to these interconnected issues; however, existing CO2-to-polymer technologies face significant challenges: dependence on concentrated CO2 sources rather than direct air capture (DAC), reliance on complex catalysts and energy-intensive conditions (elevated temperatures/pressures), and generation of polymers with limited self-healing and recyclability. Herein, we propose a catalyst-free strategy of converting atmospheric CO2 into carbonate ions (CO32-) as intermediates for the synthesis of dynamic covalent polymers. This approach is based on a dynamic bond system, termed the CO32--bridged dynamic covalent bond, enabling catalyst-free synthesis of polymers from ambient air at room temperature and pressure. The resultant polymers show excellent mechanical properties, rapid self-healing, and versatile circularity through three distinct pathways: thermal reprocessing, closed-loop chemical recycling via acid-triggered depolymerization at room temperature, and upcycling of mixed CO2-derived polymers into hybrid materials with enhanced properties. This study provides a platform for both low-energy-consuming CO2 valorization and the development of sustainable polymers.
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