聚烯烃是世界上最大宗的合成高分子材料，在工农业、生命健康和国防安全等领域发挥着重要作用。烯烃嵌段共聚物（OBCs）是高端聚烯烃材料之一，由交替的结晶性硬段和无定形软段组成，软硬段的结晶能力可通过调节共聚的α-烯烃单体含量来实现。目前，OBCs的工业合成方法是链穿梭聚合，该方法使用两种催化剂与链穿梭剂（CSA），通过可逆的链转移反应实现。然而，该方法要求所用的催化剂与CSA高度匹配，存在工艺控制流程复杂、成本高、安全隐患大（CSA高度易燃）等局限性。

在中国科学院、国家自然科学基金委、中国科学院大学的支持下，中国科学院大学王洋等和化学所工程塑料实验室刘国明等合作，研发出一种新型催化系统，实现了无需添加链转移试剂，而是仅使用单一催化剂一步法合成OBCs，发展出一种全新的OBCs合成技术。

使用单一催化剂合成OBCs的挑战在于，催化剂需要具备两种截然不同的性能：（1）生成以聚乙烯为主的硬段；（2）生成高α-烯烃含量的软段。为构建可动态调节α-烯烃插入率的催化剂，国科大王洋等提出将动态配体引入催化剂设计的策略，通过在链增长的过程中切换配体，有望实现单一催化剂制备OBCs这一看似不可能的目标。基于此，研究人员使用吡啶胺基铪三烷基取代催化剂，其活化后可同时生长两条聚合物链。两条链互为配体，一条链的结构可以影响另一条链的共单体插入能力。利用单体插入的区域选择性，可实现共单体选择性的动态调节，从而实现单一催化剂一步合成OBCs（图1a）。

研究团队发现，OBCs的软硬段比例可以通过改变乙烯和辛烯的比例来调节。通过加入少量苯乙烯作为调节剂，在120 ^oC高温聚合，仍能实现高熔点OBCs的合成，表明该技术具有潜在的工业化前景。此外，研究团队通过联用热分析、溶液结晶分级、结晶形貌学、X射线衍射等多种手段，证实了所合成的材料具有嵌段结构（图1b），且展现了玻璃化转变温度低、熔点高、共聚单体含量和结晶度可调等OBCs的典型特征。力学性能评估表明，所合成的OBCs材料具有高伸长率、可控的模量和优异的弹性回复率。

相关研究成果以Single Catalyst with Dynamic Ligands Enabled Synthesis of Olefin Block Copolymers为题，发表在J. Am. Chem. Soc.2025, DOI: 10.1021/jacs.4c18606上，化学所刘国明研究员和国科大王洋副教授为通讯作者。

图1. (a) 单一催化剂制备OBCs示意图；(b) 多种表征手段联用表征OBCs结构

工程塑料实验室

2025年4月21日