东京大学与东京都大成功研制新型环氧树脂复合材料分解用固体催化剂

2025年2月7日，东京大学宣布，该校研究生院工学系研究科与东京都立大学的研究小组成功开发了一种能够对环氧树脂复合材料进行氢解反应的固体催化剂。使用这种催化剂，能够在温和条件下高效分解环氧树脂，并成功应用于碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维增强环氧基板的回收。研究小组期待这一成果能够推动环氧树脂复合材料回收技术的发展。

要分解纤维增强复合材料，需要分解粘合部分的环氧树脂。然而，通常需要500℃以上的高温或强酸、强碱环境，同时回收纤维和树脂单体十分困难。此外，近年来虽然开发了使用均相催化剂的环氧树脂氢解法，但催化剂的回收和再利用仍是一个难题。

研究小组开发的催化剂是氧化铈负载的镍-钯双金属催化剂（Ni-Pd/CeO2），以氯化镍和氯化钯为金属前驱体，通过氢氧化钠共沉淀法制备而成。

通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和能量色散X射线光谱（EDS）对催化剂进行分析，发现镍和钯以合金纳米颗粒的形式负载在氧化铈表面的同一位置。

使用该催化剂，在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂中，180℃、常压氢气条件下，酸酐或胺固化环氧树脂的分解反应顺利进行，并成功回收了相应的酚类化合物。此外，加入催化量的碱后，分解反应显著加速。

通过Ni-Pd/CeO2催化剂对环氧树脂进行氢解反应，该催化剂体系还能够分解CFRP和玻璃环氧板材，并回收纤维和酚类化合物。通过扫描电子显微镜（SEM）对回收的纤维进行分析，确认环氧树脂完全分解，纤维表面干净。此外，该催化剂稳定性优异，即使重复使用6次，仍能高效分解CFRP。

该研究成果已于2月6日发表在英国科学杂志《Nature Communications》的在线版上。