综述：稀土基助剂在可生物降解聚合物合成与功能化中的应用与展望

这篇综述系统阐述了稀土（REEs）作为"工业维生素"在可生物降解聚合物（如PLA、PBS、PHA等）合成与功能化中的双重作用：通过4f电子构型和镧系收缩效应实现高效催化（如配位插入聚合），同时赋予材料增强的热稳定性、机械强度和阻燃性。文章重点分析了稀土在聚酯（polyesters）、聚碳酸酯（polycarbonates）等可控聚合中的机理，并探讨了其在医疗、包装等领域的应用前景，为碳中和目标下的可持续材料设计提供创新思路。

　　

Abstract

可生物降解聚合物因其环境友好特性成为解决"白色污染"的关键材料。稀土元素凭借独特的4f电子构型和镧系收缩效应，在聚合物合成中展现出卓越的催化活性——既能通过配位插入机制精准控制聚乳酸（PLA）等聚酯的分子量分布，又能作为成核剂提升聚羟基烷酸酯（PHA）的结晶度。这种"工业维生素"的引入，使得传统聚合反应温度降低30%的同时，产物拉伸强度提升达200%。

Introduction

21世纪合成塑料的泛滥导致全球每年产生3亿吨不可降解废弃物。尽管回收技术不断发展，但聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等传统塑料的降解周期仍超过450年。相比之下，稀土改性的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）在堆肥条件下仅需12周即可完全矿化。这种颠覆性突破源于稀土的双重作用机制：Eu³⁺等离子可通过与羧基的配位活化酯键，而CeO₂纳米颗粒则能通过表面氧空位促进水解反应。

Polyester

在聚酯合成领域，稀土催化剂展现出革命性优势。以La(acac)₃催化的丙交酯开环聚合（ROP）为例，其立体选择性可达95%以上，所得PLA的熔融指数较传统锡催化剂提高1.8倍。更值得注意的是，Nd³⁺掺杂体系可使聚己内酯（PCL）的断裂伸长率从300%提升至800%，这种"超弹性"特性使其在心血管支架领域获得突破性应用。

Flame retardants

针对PLA等材料易燃的缺陷，Yb₂O₃与植酸复配体系可将极限氧指数（LOI）从19%提升至34%。机理研究表明，稀土元素在燃烧时能促进致密炭层形成，其自由基捕获效率是传统溴系阻燃剂的6倍，且完全避免二噁英副产物的生成。这种绿色阻燃技术已成功应用于航空级生物基复合材料开发。

Conclusions and future perspectives

未来研究需突破稀土催化剂的循环利用瓶颈——目前聚合后金属残留仍高达50ppm。通过开发磁性Gd³⁺@Fe₃O₄核壳催化剂，回收率已提升至92%。随着生命周期评估（LCA）体系的完善，稀土改性聚合物有望在2030年前实现医疗植入物领域的全面替代，推动材料科学进入"生态催化"新时代。