塑料因其低成本、高实用性而迅速成为现代社会不可或缺的材料，广泛应用于各行各业。然而，随着塑料产量的爆发式增长，其难以降解的特性导致了全球范围内塑料废弃物的堆积成灾。令人担忧的是，全球塑料废弃物的回收率还是非常低，当前的填埋和焚烧处理，不仅会占用大量土地和产生有害气体和混合物。还造成高价值的废塑料资源的巨大浪费和消耗大量的辅助燃料。目前，传统的塑料回收方式存在能耗高、效率低、产品附加值低等不足，还可能在回收过程中产生新的污染物，进一步加剧了环境负担。因此，开发高效、环保的塑料化学循环与升级回收技术，已成为减少碳排放、保护资源和环境的关键途径。

近期德国弗劳恩霍夫材料回收和资源战略研究所 (Fraunhofer IWKS) 的陈国星研究员，西南石油大学的周莹教授和黄泽皑副教授，提出了一种新型高效的微波等离子体耦合单原子催化技术。这一技术能够在毫秒时间内迅速分解各种类型的塑料垃圾及其混合物，通过一步法串联工艺，成功实现了将塑料废弃物选择性地转化为高附加值碳纳米材料和富氢气体。这一技术展现出巨大的应用潜力，为塑料垃圾的处理提供了全新的解决方案，也为实现资源的可持续利用和减少环境污染开辟了新的路径。

作者首先讨论了该等离子技术在无催化剂参与的条件下对五种生活中常见塑料及其混合物的裂解效果，这种等离子体策略能够在极短的反应时间内对混合塑料废物进行回收，无需额外的分拣或预处理过程即可直接将废物混合物转化为富氢气体和石墨。以高密度聚乙烯（HDPE）为例，其氢气产率及选择性可分别达到同等条件下传统热裂解过程的的14倍和6倍。当将单原子催化过程与等离子体裂解过程相结合时，氢气产量和选择性显著增加。这一研究结果为经济高效地回收塑料废物提供了一条可行的途径。此外，研究表明，等离子体耦合单原子催化方法能够实现近100%的氢原子回收效率，进而实现高效的氢气生产。

通过XRD（Rietveld精修）、STEM和XAS技术对经过五个连续循环使用后的催化剂进行表征，结果表明，所研究的催化剂在结构和配位上基本保持不变。即使在连续测量10个循环后，氢气产率仍能保持在42.9 mmol/g_塑料的高水平，第七个循环中达到了46.7 mmol/g_塑料的最高氢气产率（相当于理论氢气产率的64.4%），这一结果表明，等离子体裂解与单原子催化过程的耦合，不仅能够稳定地将塑料持续转化为氢气，还能有效生成高价值的碳纳米管。此外，通过结合实验和DFT计算方法，作者对等离子体耦合单原子催化脱氢机制进行了深入研究。

本研究所开发的微波等离子体技术在氢气能源效率（g_H2/kWh）方面显著优于现有的其他裂解工艺。此外，这一工艺可以快速开启和关闭，具备与风能、太阳能等可再生能源灵活结合的优势，尤其在这些能源高峰生产且供应波动时尤为有效。等离子体耦合单原子催化策略进一步提升了整体性能，展示了将废塑料转化为清洁氢气、高值化学品和碳纳米材料的巨大潜力。这一创新工艺不仅有助于开发更多塑料化学循环与升级回收的方法，也为塑料循环经济的建立提供了有力支持。