注：文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析
超高分子量聚乙烯指那些分子量在百万到千万级别的聚乙烯。超高分子量聚乙烯被广泛应用于从人工关节到防弹背心等各种领域。这种材料主要由前过渡金属催化剂制备，然而它们很容易被极性单体毒化。只有很少的后过渡金属催化剂体系能够得到超高分子量聚乙烯。由于极性官能团对金属的毒化作用，极性官能团的存在会极大的降低催化剂活性和共聚物分子量。近期，中国科学技术大学陈昶乐教授课题组通过催化剂设计，实现了通过配位共聚合直接合成极性官能团化的超高分子量聚乙烯这一全新的概念（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201607152）。
聚烯烃是世界上产量最大、应用最广泛的高分子材料。然而，聚烯烃是非极性高分子材料，在许多应用方面受到限制。将极性官能团引入到聚合物分子链中，可有效调节聚烯烃材料的力学强度、界面粘接性、气体阻隔性、表面印染与涂装性、与助剂以及其他高分子材料的共溶/共混性等，拓展其应用范围。Brookhart催化剂在乙烯和极性单体共聚领域是一个巨大突破（J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 6414；引用超过2000次）。二十多年来，这一类催化剂一直以其独特的“链行走”机理而闻名于世。它们所制备的高分子材料分子量较低，并且都是高度支化的 （支化度~100/1000C），这也大大限制这一类催化剂以其相应的高分子材料的工业应用前景。陈昶乐教授课题组通过配体的设计与调节，首次使该类催化剂能够显著降低“链行走”速率，得到高度线性的聚乙烯材料（支化度~9/1000C）。同时，该团队所发展的新催化剂可以实现乙烯与一系列极性单体的共聚反应，制备高分子量的共聚物材料。
该论文第一作者为中国科学技术大学化学与材料科学学院博士生代胜瑜。
该论文作者为：Shengyu Dai, Changle Chen
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201607152/abstract
Direct Synthesis of Functionalized High-Molecular-Weight Polyethylene by Copolymerization of Ethylene with Polar Monomers
Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 13281-13285, DOI: 10.1002/anie.201607152
陈昶乐教授简介
陈昶乐，现为中国科学技术大学化学与材料科学学院教授，博士生导师。2005年获得中国科学技术大学化学学士学位，2010年获得美国芝加哥大学博士学位。期间获得芝加哥大学化学系Nathan Sugarman教学奖（化学系历史第一个荣获此奖的中国人），并获得芝加哥大学化学系最高荣誉Albert J. Cross奖。自2010年7月起在美国西北大学进行博士后研究，2011年7月起在美国塞拉尼斯公司（福布斯500）担任Scientist II，2013年初到中国科学技术大学高分子科学与工程系工作。
陈昶乐博士自2005年以来开始从事催化反应以及烯烃聚合方面的研究。研究领域包括：新型金属有机化合物，高性能烯烃聚合催化剂，双金属中心催化以及工程塑料应用研究等。陈昶乐博士已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Soc. Rev.等国际期刊上发表SCI论文 60余篇（其中第一作者或通讯作者论文50篇）。陈昶乐博士于2011年获得美国化学会INORG Young Investigator Award（金属有机领域两人入选），国际纯粹与应用化学联合会 （IUPAC）研究奖-Honorable Mention（金属有机、催化以及高分子领域唯一入选者），于2012年获得中组部“青年千人计划”，于2015年获得国家自然科学基金优秀青年基金，于2016年获得日本高分子学会“An Invited lecturer of International Leading Young Scientist”。
http://www.x-mol.com/university/faculty/26730
科研思路分析
Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？
A：我们课题组一直致力于发展新型的、高性能的烯烃聚合催化剂。在我们这一领域，Brookhart催化剂是最著名的催化剂之一。这是美国北卡大学的Brookhart教授于1995年所发现，首篇文章至今已经引用2000余次。但是，这一催化剂最大的缺点是其具有独特的快速“链行走”的特点，从而只能制备高度支化、力学性能极差的高分子材料。我们研究的目的是通过配体的设计，来限制链行走，得到相对线性的、力学性能优良的高分子材料。
Q：在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里？
A：在研究中过程中，最大的挑战是不确定性，以及配体的合成非常具有挑战性。烯烃聚合的研究经过几十年，研究体系很完整，也有一些相应的理论指导。但是在Brookhart催化剂体系，没有任何的理论与先例能够有效的抑制链行走的过程。因此，我们只能不断的摸索。我们设计并且制备了很多的不同的配体，并且这些配体的合成都非常具有挑战性。
Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？
A：通过这个项目的研究，我们实现了首次通过Brookhart类催化剂制备高度线性的聚乙烯以及极性单体共聚物。更重要的是，这一类新的催化剂可以实现乙烯与一系列不同的极性单体的共聚反应。在金属催化的乙烯与极性单体共聚领域，之前研究的一个共同结论是：极性单体的存在会极大的降低聚合产物的分子量，通常只能够得到分子量几千甚至几百的共聚物材料，无法实现工业应用。但是在我们这一新的体系中，我们引入了一个全新的概念：可以通过金属催化剂直接制备功能化的超高分子量聚乙烯。超高分子量指的是聚合物的分子量要达到一百万以上。超高分子量聚乙烯用途广泛，但是其非常大的一个缺点是加工困难。如果在超高分子量聚乙烯中引入一些极性官能团，有可能极大的改善其加工性能，以及其他的一系列的性能，从而极大的拓宽其应用领域，提高其商业附加值。因此，我们的研究对于石化企业有可能有很大的帮助。目前，我们课题组也在积极的与石化企业沟通，希望能研究这一类催化剂的应用的可能性。
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