塑料憑借其低制造成本與高耐用性，在醫療、航空航天、包裝等諸多領域占據重要地位。然而，隨著塑料的廣泛應用，廢棄塑料問題日益嚴峻。在此背景下，光催化重整塑料技術應運而生，該技術通過太陽光激發半導體材料將塑料分解轉化為高值化學品，兼具固廢再利用與能源轉化的雙重意義。
二氧化鈦（TiO2）是經典的半導體光催化材料。當太陽光照射TiO2晶體，光生空穴將與吸附的水分子反應，生成的羥基自由基如同“分子剪刀”，能夠精準切斷塑料的碳鏈骨架。然而，羥基自由基僅有約10納秒的壽命，其遷移距離被限制在10至100納米范圍。短壽命的自由基，難以跨越反應中微米級以上的相界面，故需要借助腐蝕性強酸或強堿溶液預處理塑料，以增強光催化材料與塑料的界面接觸，但此工序占據了整個流程近85%的成本。
針對上述挑戰，中國科學院金屬研究所劉崗研究團隊發展了“漂浮策略”和“維度定制”相結合的策略，通過在二維TiO2表面形成納米級碳氮疏水層，賦予了材料可漂浮于中性水溶液表面的特性。該材料具有傳統TiO2所不具備的兩個功能，一是可漂浮TiO2材料形成了光催化材料、塑料、水和空氣的四相界面，將原本微米級的相界面壓縮至近零距離的分子級接觸；二是不同于傳統的光催化重整材料體系主要是利用由光生空穴氧化水分子產生羥基自由基物種，可漂浮TiO2材料主要是利用光生電子還原氧氣產生超氧自由基作為氧化物種，其壽命長達1毫秒，傳遞距離是傳統體系中羥基自由基的萬倍量級。
該可漂浮TiO2材料具有優異的光重整塑料性能，在不依賴于腐蝕性溶液預處理的情況下，可將典型塑料（包括聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯）的光重整效率提升1到2個數量級，同時產生選擇性超過40%的高值乙醇產物。
研究為解決傳統光催化重整塑料技術中對腐蝕性溶液預處理的依賴，提供了具有競爭力的替代方案。
近期，相關研究成果以Floatable organic-inorganic hybrid-TiO2 unlocks superoxide radicals for plastic photoreforming in neutral solution為題，發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學基金委、中國博士后科學基金及新基石科學基金會的支持。
有機-無機雜化TiO2的漂浮特性和氧吸附特性
有機-無機雜化TiO2的自由基傳遞新機制
有機-無機雜化TiO2的光重整塑料性能
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