碳纳米管（CNT）作为由碳原子构成的圆柱形纳米结构，凭借高导电性、超高拉伸强度和低密度特性，已成为电力存储、航空航天、半导体及柔性电子等领域的关键材料。当前全球碳纳米管市场规模呈现出急剧增长态势，未来10年复合年增长率达17%。然而，主导碳纳米管生产的化学气相沉积（CVD）工艺高度依赖乙烯等化石基前驱体，且过程能耗大，开发可持续碳纳米管合成路径已成为工业界的重要需求。
废塑料尤其是占比超60%的聚烯烃类废物，蕴含丰富的碳资源却长期未被高效利用，其中含氯（如PVC）、含氟（如PTFE）塑料因易产生有毒副产物，更是被视为回收领域的“硬骨头”。若能将这类难降解塑料转化为高价值产品，不仅可缓解全球塑料污染压力，还能为碳纳米管产业提供非化石碳源，同时副产品氢气作为清洁能源载体，可进一步提升资源利用价值。因此，通过催化转化将废塑料同步转化为氢气和碳纳米管，被认为是兼具环境效益与经济效益的可持续解决方案。
中国科学院理化技术研究所极域材料科学与工程研究中心马望京团队长期深耕微波催化转化技术，此前已在废塑料（Nat. Commun. 2025,16,1726. Adv. Mater. 2025, 37, 2412539. Chem. Eng. J. 2024, 483, 149270. Energ. Convers. Manage. 2024, 312,118571. Int. J. Hydrogen Energy. 2025,115,24. J. Environ. Chem. Eng. 2026,14,121282. J. Environ. Chem. Eng. 2026.14，121229. Int. J. Hydrogen Energy. 2026, 246, 155707）、生物质（Ind. Crop. Prod. 2024, 222, 119899. J. Environ. Chem. Eng. 2024, 12, 112099.）、低碳醇（Green Chem, 2025, 27, 1838-1857.）转化等领域取得系列进展。针对含氯含氟塑料的高效转化面临的催化效率低、催化剂易失活难题，团队另辟蹊径，创新性提出氯/氟介导的催化剂原位活化与重构策略，利用PVC和PTFE分解产生的Cl⁻/F⁻作为催化剂活性位点的“再生媒介”，成功实现了含氯含氟塑料混合废物向高纯度氢气和多壁碳纳米管的高效转化，为塑料循环经济提供了新的技术路径。
团队通过微波法快速制备FeNi/Ni/C双金属催化剂，其中镍组分高效断裂塑料中的C-H键释放氢气，铁组分则引导碳元素定向生长为高纯度多壁碳纳米管，双金属协同作用实现“氢-碳”精准分离，有效避免副产物生成。含氯含氟塑料分解产生的Cl⁻/F⁻可与催化剂中的Ni/Fe组分反应生成金属氯/氟化物，再通过塑料转化过程中产生的H2还原重构FeNi合金活性位点，破解传统催化剂积碳失活难题；含氟塑料分解产生的F⁻还可剪切碳纳米管、暴露新催化位点，延长催化剂寿命至35次循环以上。该技术实现了近100%的原子经济性，塑料中氢元素几乎全部转化为氢气（H2产率>930 mmol g-1catalyst，纯度87-98 vol%），碳元素定向生长为多壁碳纳米管（CNT产率>10600 mg g-1catalyst）；同时微波直接作用于催化位点，避免传统热催化的热传导损耗，能耗较传统热催化降低80%。此外，该技术对LDPE-PVC二元混合、LDPE/HDPE/PP/PS/PVC/PTFE六元混合乃至填埋场混杂塑料均能稳定转化，反应释放的Cl⁻/F⁻可被水溶液高效捕获，所得酸性溶液还可用于碳纳米管纯化，替代商业酸试剂，实现污染物资源化利用。
图1 在FeNi/Ni/C催化剂上塑料的连续微波催化分解循环
图2 碳产物与催化剂的表征
图3 同步辐射表征
图4 不同比例的LDPE、HDPE、PP、PS、PVC和PTFE塑料混合物在FeNi/Ni/C催化剂上微波催化分解的连续循环
图5 反应机理研究
图6 技术经济性分析
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