本课题组致力于后过渡金属催化体系的开发及其在高性能聚烯烃制备中的应用。通过系统性和创新性的研究，课题组在新型催化剂设计、聚合反应机理研究以及聚合物结构与性能调控等方面取得了显著进展。这些研究不仅为后过渡金属催化体系在高性能聚烯烃制备领域的应用奠定了坚实的基础，也为聚烯烃工业的发展提供了新的思路和方向：
一，多种大位阻后过渡金属催化体系的设计与开发
1，大位阻刚性二芳基甲基二亚胺体系：首先，我们成功构建了二芳基甲基取代的大位阻刚性α-二亚胺镍和钯体系。这一创新不仅显著提升了α-二亚胺镍钯烯烃聚合体系的热稳定性，还有效调控了聚合过程中催化剂的链行走行为。利用该体系，我们制备出了多种支化的超高分子量聚乙烯和极性功能化超高分子量聚乙烯。值得一提的是，其中的钯体系催化剂是首例能够催化乙烯及乙烯与极性单体共聚，得到半结晶聚乙烯及共聚物的α-二亚胺钯催化体系。（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 9948 (ESI Highly Cited Paper); Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 13281 (ESI Highly Cited Paper); Organometallics 2018, 37, 2442）此外，我们还探索了π-π相互作用在烯烃聚合中的应用。在刚性苊基骨架二芳基甲基大位阻体系中，我们发现二芳基甲基中的芳基与苊醌骨架平面存在π-π相互作用。这种相互作用有利于提高催化剂的热稳定性，并降低所得聚合物的支化度。（J. Catal. 2019, 378, 184）在该体系远程非共轭电子效应方面，我们通过系统调节二芳基甲基大位阻α-二亚胺镍钯体系中远程非共轭具有不同电子效应的取代基，发现吸电子取代基有利于提高镍体系聚合活性和所得聚乙烯分子量。这一发现为催化剂设计提供了新的电子效应调控手段（通讯作者，Polym. Chem., 2020, 11, 2692）。最后，我们系统研究了α-二亚胺镍和钯体系轴向位阻变化对烯烃聚合和共聚的影响。研究发现，随着取代基位阻的逐步增大，镍体系所得聚乙烯的支化度在同等条件下先增大后降低，而相应的钯体系则一直逐步降低。这一发现为精准调控聚合物性质提供了新的思路（Macromolecules 2016, 49, 8855 (ESI Highly Cited Paper); Organometallics 2019, 38, 2919）。
2，大位阻柔性烷基或环烷基α-二亚胺体系：我们研究了烷基或环烷基取代的柔性大位阻α-二亚胺镍和钯体系。这类催化剂能高活性催化乙烯聚合，得到高分子量、高支化聚乙烯，具有优异的热塑性弹性体性能。同时，相应的大位阻柔性α-二亚胺钯催化剂能够催化乙烯与极性单体共聚，得到高度支化、高插入比的极性功能化聚烯烃（Polym. Chem. 2019, 10, 4866；Polym. Chem. 2020, 11, 1393; Inorg. Chem. 2021, 60, 5673, Inorg. Chem. 2023, 62, 14888-14895.）。同时在一些杂化体系中，柔性大位阻取代基能促进乙烯或丙烯与极性单体共聚，得到高插入比的极性功能化聚烯烃。（Polym. Chem., 2021, 12, 4643; Polymer, 2022, 254, 125076.）
3，新型大位阻吡啶亚胺镍和钯体系：我们采用多种有效策略抑制了聚合过程中的链转移现象，大幅度提高了所得聚乙烯的分子量。首先我们通过设计合成不同芳基取向的大位阻吡啶亚胺镍和钯体系，成功实现了高分子量聚乙烯及其极性共聚物的制备（Chem. Commun. 2016, 52, 9113；Polymer 2020, 200, 122607; J. Catal. 2021, 393, 51–59; Organometallics 2022, 41, 2042; Chin. J. Polym. Sci. 2023, 41, 233.）。此外，我们还通过控制取代基位阻和成环来限制二芳基取代基的旋转，同样成功实现了金属中心轴向位阻的有效增加和聚合物分子量的提升（Appl. Organomet. Chem., 2021, e6140; J. Catal. 2021, 393, 51; Organometallics 2021, 40, 3033; ACS Appl. Polym. Mater. 2023, 5, 9536.）。同时，在丙烯聚合及共聚中也发现了相似的规律（Polym. Chem., 2021, 12, 5495）。最后，在催化剂结构设计方面，我们发现该体系镍催化剂存在单配和双配现象，这对聚合过程具有重要影响（Organometallics 2019, 38, 2800.）。同时，该体系钯催化剂能有效促进乙烯与丙烯酸酯类极性单体的共聚，为极性功能化聚烯烃润滑油的合成提供了新的途径（Eur. Polym. J. 2022, 169, 111459; Polym. Chem., 2023, 14, 2107.）。
二，高性能聚烯烃的制备及其功能化研究
本项目致力于高性能聚烯烃的制备及其功能化研究，通过设计新型催化体系和控制聚合条件，成功实现了超支化聚乙烯润滑油、超高分子量聚乙烯、聚乙烯热塑性弹性体以及极性功能化聚乙烯等高性能聚烯烃的合成与应用。
1，超支化聚乙烯合成润滑油：我们利用单边大位阻不对称二亚胺钯催化体系或大位阻吡啶亚胺镍和钯体系，以乙烯为主要原料，成功制备了超支化聚乙烯润滑油及其极性功能化产品。这种方法相较于传统以高级α-烯烃为原料的制备路线，成本大幅降低，为高性能润滑油的制备提供了新的思路（Eur. Polym. J. 2019, 115, 185；New J. Chem., 2021, 45, 4024 – 4031; New J. Chem. 2022, 46, 8669 (ESI Highly Cited Paper); J. Polym. Sci. 2022, 60, 1944 (ESI Highly Cited Paper); ACS Polymers Au, 2022, 2, 88; New J. Chem., 2023, 47, 2488.）。
2, 超高分子量聚乙烯：我们通过设计多种不同二芳基甲基取代的大位阻二亚胺镍和钯体系，制备出多种不同支化的超高分子量聚乙烯及其共聚物（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 13281; Organometallics 2018, 37, 2442; Organometallics 2019, 38, 2919; Polym. Chem., 2023, 14, 183; ACS Catal. 2023, 13, 725；Inorg. Chem. Front. 2023, 10, 108.）。同时，还发现了二苯并环庚基取代的水杨醛亚胺镍体系能有效抑制聚合过程中的链行走和链转移，从而制备出超低支化、超高分子量的聚乙烯（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 4018）。此外，申请人还开发了无溶剂气相聚合法和绿色水相聚合法，为超高分子量聚乙烯的制备提供了更多选择（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 14884.）。
3，聚乙烯热塑性弹性体：我们利用多种不同结构的二亚胺镍体系，通过调控聚合条件，成功以乙烯为唯一原料制备了聚烯烃热塑性弹性体（Macromolecules 2017, 50, 6074；Polym. Chem., 2021, 12, 4643; Polym. Chem., 2021, 12, 3240; J. Polym. Sci., 2021, 59, 638; Eur. Polym. J. 2022, 168, 111105; Polymer 2022, 245, 24707; Polymer, 2023, 285, 126322; Eur. Polym. J. 2023, 201, 112577.）。同时，还开发了一类八叔丁基取代的大位阻二亚胺钯体系，该体系不仅能催化乙烯聚合得到聚乙烯热塑性弹性体，还能催化乙烯与各种长链极性单体共聚，得到极性功能化的聚乙烯热塑性弹性体（Macromolecules 2020, 53, 2539.）。
4, 极性功能化聚乙烯的合成与应用：我们通过设计一系列不同位阻大小的二亚胺钯催化剂，催化乙烯与丙烯酸共聚，制备出多种不同支化的羧基功能化聚乙烯，并对其进行了衍生化研究（Macromolecules 2018, 51, 6818. (ESI Highly Cited Paper)）。同时，还利用膦磺酸钯和二亚胺钯催化体系催化乙烯与丙烯酸甲酯或者多种长链极性取代烯烃共聚，制备出多种极性功能化的高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和超支化聚乙烯，并对其机械性能和表面性能进行了深入研究（Macromolecules 2018, 51, 4040; Eur. Polym. J. 2023, 196, 112247; J. Polym. Sci. 2023, 61, 3288. ）。此外，申请人还通过催化乙烯与多种不同长度含氟碳链的丙烯酸酯衍生物共聚，制备了多种不同拓扑结构的含氟聚乙烯，显著降低了聚乙烯的表面张力，提高了材料的表面疏水性(Poly. Chem. 2020, 11, 6335)。