在室温下利用S8参与的逐步加成聚合合成聚（酯二硫化物）

将废硫转化为智能塑料

现代生活离不开塑料，但大多数塑料依赖昂贵的原料且难以回收或安全分解。本研究展示了一种方法，可将炼油过程中产生的工业废料——黄色的单质硫，在室温下转化为一类新型智能塑料。这些材料不仅兼具强度和延展性，还能按需分解，为更环保的包装、医疗器械和环境净化工具提供了可能性。

从炼油厂的剩余物到有用材料

每年炼油厂产生约八千万吨单质硫，常常堆积成庞大的库存长期未被利用。化学家早已知道硫能形成聚合物——构成塑料的长链结构——但要让它可控反应常需高温、严苛条件或复杂的起始物。早期方法得到的多是脆性、玻璃状固体，或依赖难以大规模制备的环状硫化合物。挑战在于找到一种简单、温和的方法，将这种丰富且廉价的元素转化为具备实际性能且可调的材料。

温和的三组分化学组装

研究人员设计了一种室温配方，结合三种广泛可得的成分：单质硫、含两个硫—氢基团的小分子（二硫醇）以及含有邻近酯基的碳—碳双键的小分子（二丙烯酸酯）。在微量有机碱作为催化剂的作用下，硫环打开并与二硫醇相连，然后干净地加成到二丙烯酸酯上。得到的聚合物链由交替的酯基和硫—硫键构成。精细分析表明该反应选择性很高：避免了常见的副产物，并以超过95%的收率将起始物转化为目标构件。

反应为何选择这一路径

为了解该化学在室温下如此可靠的原因，团队利用量子化学计算描绘了反应步骤。碱首先从二硫醇上去除一个质子，生成能动的硫物种，该物种攻击硫环（S₈）并将其打开。短硫链随后对丙烯酸酯的双键发生所谓的迈克尔加成。硫—硫键之间的快速交换将原子重排为三种能量极为接近的产物，解释了它们为何以近乎等量出现。核磁共振、质谱、拉曼光谱和X射线光电子能谱的实验结果证实最终聚合物包含设计中的酯和二硫键组合，且不存在残留的单质硫或更长的多硫化物链。

内建柔性与自毁开关的塑料

通过选择不同的二硫醇和二丙烯酸酯，科学家能够调节材料的物理性能。一些组合产生了软而有弹性的材料，玻璃化转变温度极低——柔韧到一个样品可以拉伸超过原长二十倍并像橡皮筋一样迅速回弹。另一些含刚性环状单元或额外氢键作用基团的组合则变得更坚韧、更具结晶性，熔点高于水的沸点且断裂强度更高。所有这些聚合物在约250°C以上才开始分解，足以用于苛刻的场合。然而，它们的硫—硫键对温和的还原剂（如二硫苏糖醇）敏感，能在数小时内将链切割回小分子。这种可切换的可降解性指向了一种循环使用的生命周期，使产品可以被拆解以便回收或安全处置。

对未来塑料的意义

简而言之，这项工作将一个问题废物流转化为下一代塑料的工具箱。仅在室温下，使用常见溶剂和少量有机催化剂，作者制备了富含硫的聚合物，具备可调的强度、延展性以及触发时分解的能力。由于该化学具有模块化特性，未来的设计者可以混合搭配构件来设定这些材料在体内、环境中或工业环境下的行为。对非专业读者来说，主要信息是：昨日的炼厂副产品可以成为明日的智能可降解塑料——在性能与可持续性之间架起桥梁。

引用: Sun, Y., Cao, Y., Liu, X. et al. Synthesis of poly(ester disulfide)s from S₈-involved step-growth addition polymerization at ambient temperature. Nat Commun 17, 2066 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68963-7

关键词: 硫聚合物, 动态共价塑料, 可生物降解材料, 可回收弹性体, 绿色高分子化学