近日，中國科學技術大學陳昶樂教授課題組的《Acc. Mater. Res.》綜述文章“Heterogenization Strategies for Nickel Catalyzed Synthesis of Polyolefins and Composites”在線發表。文章主要介紹了近年來鎳系烯烴聚合催化劑的異相化策略的研究進展，并討論了這些異相鎳系催化劑在功能化聚烯烴及聚烯烴基復合材料的合成中的應用（圖1）。最后，文章總結了這一領域所面臨的挑戰和未來的發展方向。
圖1 異相化策略用于鎳催化合成聚烯烴及其復合材料
聚烯烴及其復合材料是目前全球產量最大、用途最廣泛的高分子材料之一。然而，大多數聚烯烴是非極性材料，這導致其與極性材料的相容性差，從而限制了其在染色、粘接、復合材料等領域的應用。極性官能化聚烯烴可以實現顯著改善的可染性、粘合性和與極性填料的相容性。不僅如此，通過引入具有定制功能的官能團，還可以實現聚烯烴材料的定制性能。
為了彌合這一差距，中國科學技術大學的陳昶樂教授團隊近年來開發了一系列異相化策略，利用氫鍵錨定、離子錨定、共錨定、助催化劑和離子簇的形成等途徑，來實現合成高性能的異相鎳系烯烴聚合催化劑（圖2）。這些策略可以很方便地用于各種不同的鎳系烯烴聚合催化體系，包括各類[N,O]型、[P,O]型和[N,N]型鎳催化劑等（圖3）。不僅如此，該團隊還發現，催化劑的異相化可以實現催化性能指標的提升，如熱穩定性、活性、極性單體插入比、分子量等（圖4A、4B、4H）。此外，還可以通過改變載體的類型等參數，來實現調節催化劑的性能，從而有助于發現高性能的異相鎳催化劑。
圖3 氫鍵和離子鍵錨定策略用于各種鎳系催化劑的異相化。
圖4 基于氫鍵和離子鍵錨定策略的異相鎳催化劑的催化性能和所得聚烯烴及其復合材料的機械和功能性能。
這些異相化策略還可以通過原位聚合法實現制備具有定制性能的高性能聚烯烴，包括極性官能化聚烯烴、極性官能化聚烯烴釜內合金和聚烯烴基功能復合材料。例如，通過使用功能填料，可以原位制備高性能的定制聚烯烴復合材料。與熔體共混法相比，異相催化原位聚合法得到的聚烯烴復合材料具有更好的機械性能（圖4C、4D）和功能性質（圖4E）。這得益于原位聚合法能夠實現分散相在聚烯烴基體中的均勻分布（圖4F）。這些聚烯烴基材料在許多領域有潛在的應用，如導電導熱、光降解、阻燃、氣體阻隔等（圖4G）。這些異相化策略還成功地實現了產品形貌控制（圖4I），避免了粘釜問題，從而有助于實現安全、高效的連續化聚合工藝。
圖5 共錨定策略在異相鎳催化的極性官能團化聚烯烴釜內合金合成中的應用。
圖6 助催化劑異相化策略和離子簇異相化策略在鎳催化的聚烯烴及其復合材料的合成中的應用。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00263
- 中國科大陳昶樂教授團隊 Angew：直接合成極性功能化聚烯烴彈性體（P-POE） 2025-03-12
- 中科大陳昶樂教授團隊 Angew 綜述：功能化聚烯烴及其復合材料 2025-02-26
- 中國科大陳昶樂教授《JACS》：離子簇策略在功能化聚烯烴材料合成中的應用 2022-02-21
