由艾姆斯國家實驗室研究員、愛荷華州立大學化學教授、塑料合作升級改造研究所（iCOUP）所長Aaron Sadow領導的一個科學家團隊開發了一種新的催化劑，可將碳氫化合物轉化為更有價值的化學品和材料，使其更易於回收和環保。這種催化劑可以將諸如機油、一次性塑料袋、水或牛奶瓶、瓶蓋、甚至天然氣等材料轉化為更可持續的物質。

這種新的催化劑旨在向脂肪族碳氫化合物添加官能團，脂肪族碳氫化合物是僅由氫和碳組成的有機化合物。這些碳氫化合物通常不與水混合，由於缺乏官能團而形成獨立的層。通過在這些碳氫化合物鏈中加入官能團，可以大大改變材料的特性，使其更容易回收。

“天然氣中的甲烷是最簡單的碳氫化合物，只有碳-氫（CH）鍵。油和聚合物有碳原子鏈，由碳-碳（CC）鍵連接，”Sadow解釋說。

脂肪族碳氫化合物構成了大量的石油和精煉石油產品，如塑料和機油。這些材料”沒有其他功能團，這意味著它們不容易被生物降解，”Sadow說。”因此，長期以來，催化領域的一個目標是能夠將這些種類的材料，添加其他原子，如氧氣，或從這些簡單的化學品中建立新的結構。”

不幸的是，向碳氫化合物鏈添加原子的傳統方法需要大量的能量投入。首先，石油被加熱和加壓”裂解”成小的構建塊。接下來，這些構件被用來生長鏈。最後，在鏈的末端添加所需的原子。在這種新方法中，現有的脂肪族碳氫化合物無需裂解，在低溫下就能直接轉化。

Sadow的團隊之前使用一種催化劑來打破這些碳氫化合物鏈中的CC鍵，同時將鋁連接到較小的鏈的末端。接下來，他們插入了氧或其他原子以引入功能團。為了開發一個互補的過程，該團隊找到了一種避免CC鍵斷裂步驟的方法。根據起始材料的鍊長和產品的理想特性，研究人員想縮短鍊或簡單地添加氧功能團。如果能避免CC裂解，原則上可以只把鏈從催化劑轉移到鋁上，然後加入空氣來安裝官能團。

Sadow解釋說，這種催化劑是通過將一種市售的鋯化合物附著在市售的二氧化矽-氧化鋁上合成的。這些物質都是地球上豐富的、廉價的，這對未來潛在的商業應用是有利的。

此外，催化劑和反應物在可持續性和成本方面也很有優勢。鋁是地球上最豐富的金屬，所使用的鋁反應物的合成不會產生廢棄的副產品。基於氧化鋯的催化劑前體在空氣中是穩定的，容易獲得，並在反應器中被激活。因此，與很多對空氣極其敏感的早期有機金屬化學不同，這種催化劑前體很容易處理。

這種化學反應是朝著能夠影響各種塑料的物理特性的方向邁出的一步，例如使它們更堅固和更容易著色

Sadow把這個項目的成功歸功於iCOUP的合作性質。埃姆斯國家實驗室的佩拉斯小組利用核磁共振（NMR）光譜學研究了催化劑結構。康奈爾大學和阿貢國家實驗室的Coates、LaPointe和Delferro小組研究了聚合物結構和物理特性。伊利諾伊大學的Peters小組對聚合物功能化進行了統計建模。