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传统聚乙烯（PE）依赖化石资源且难降解，为解决此问题，研究人员开发 Ti (n-C4H9O)4/ 还原氧化石墨烯（rGO）催化体系，合成高分子量聚（乙烯癸二酸酯）（PEBs），其复合材料性能优异，为制备可持续功能材料提供新途径。
在材料科学领域，聚乙烯（PE）凭借出色的机械性能、化学稳定性以及成本效益，广泛应用于各个行业，从日常塑料制品到工业材料都有它的身影。然而，其背后隐藏着诸多亟待解决的问题。一方面，PE 的生产高度依赖化石资源，随着化石资源的日益枯竭，其供应面临着严峻挑战。另一方面，PE 的化学结构稳定，在自然环境中极难降解，大量的 PE 废弃物不断积累，造成了严重的塑料污染，给生态环境带来沉重负担。
为了寻找更加可持续且性能优良的材料，研究人员将目光投向了生物基材料。其中，通过大环内酯的开环聚合（ROP）制备含酯基的聚乙烯类聚合物成为热门研究方向。乙烯癸二酸酯（EB），一种源自蓖麻油的 17 元大环二内酯，因其商业可得性高、成本相对较低，成为制备聚乙烯类材料的理想单体选择。但以往的研究发现，EB 的低环张力使得聚（乙烯癸二酸酯）（PEBs）的分子量受限，严重影响了其机械性能，并且现有的催化体系存在各种缺陷，如酶催化活性低、有机催化剂未探究材料机械性能、金属催化剂残留影响材料热稳定性等。
在这样的背景下，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于开发一种新型催化体系，即 Ti (n-C4H9O)4/ 还原氧化石墨烯（rGO）催化体系，期望借此合成出具有高性能和先进功能的聚乙烯类材料。
研究人员为开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：通过尺寸排阻色谱（SEC）测定聚合物的摩尔质量，以此来分析聚合反应过程中聚合物分子量的变化；利用1H 定量核磁共振（1H quantitative NMR）测量单体转化率，从而了解聚合反应的进程。
下面来看具体的研究结果：
- 聚合反应动力学研究：研究人员对 EB 的开环聚合反应动力学进行了探究，在有 rGO 和无 rGO 存在的情况下，均以 EB 为单体、Ti (n-C4H9O)4为催化剂进行反应。通过 SEC 测定摩尔质量、1H 定量 NMR 测量单体转化率，来验证 Ti (n-C4H9O)4催化 EB 开环聚合的活性特征。
- 材料性能研究：在该催化体系下，成功合成了高分子量的 PEBs，其数均分子量（Mn）可达 78.0 kg/mol。制备得到的 PEB-rGO 复合材料展现出卓越的机械性能，断裂伸长率超过 1157 ± 23%，模量高于 503 ± 18 MPa，极限拉伸强度超过 46.2 ± 1.7 MPa，这些性能超越了商业高密度聚乙烯（HDPE）以及之前报道的基于 PEB 的材料。此外，rGO 的引入还增强了材料的光热性能，使其具备激光辅助自修复能力。即便去除 rGO 后，PEB 依然保持着优良的性能，断裂应力为 43.9 ± 1.6 MPa，断裂伸长率为 1280 ± 18%，与商业 HDPE 相当。
研究结论与讨论部分表明，该研究成功开发出 Ti (n-C4H9O)4/rGO 催化体系，实现了高分子量 PEBs 的合成，并且所制备的材料性能优异。这一成果为生产高性能、具有先进功能的生物基聚乙烯类材料提供了一种高效的方法，在可持续材料领域具有重要意义。它不仅有助于缓解对化石资源的依赖，减少塑料污染，还为开发具有自修复等特殊功能的材料开辟了新的道路，有望推动相关行业的可持续发展。该研究成果发表在《European Polymer Journal》，为该领域的研究提供了重要的参考和借鉴，为后续进一步优化材料性能、拓展材料应用范围奠定了坚实基础。
