近日，中国科学技术大学陈昶乐教授课题组的《Acc. Mater. Res.》综述文章“Heterogenization Strategies for Nickel Catalyzed Synthesis of Polyolefins and Composites”在线发表。文章主要介绍了近年来镍系烯烃聚合催化剂的异相化策略的研究进展，并讨论了这些异相镍系催化剂在功能化聚烯烃及聚烯烃基复合材料的合成中的应用（图1）。最后，文章总结了这一领域所面临的挑战和未来的发展方向。
图1 异相化策略用于镍催化合成聚烯烃及其复合材料
聚烯烃及其复合材料是目前全球产量最大、用途最广泛的高分子材料之一。然而，大多数聚烯烃是非极性材料，这导致其与极性材料的相容性差，从而限制了其在染色、粘接、复合材料等领域的应用。极性官能化聚烯烃可以实现显著改善的可染性、粘合性和与极性填料的相容性。不仅如此，通过引入具有定制功能的官能团，还可以实现聚烯烃材料的定制性能。
为了弥合这一差距，中国科学技术大学的陈昶乐教授团队近年来开发了一系列异相化策略，利用氢键锚定、离子锚定、共锚定、助催化剂和离子簇的形成等途径，来实现合成高性能的异相镍系烯烃聚合催化剂（图2）。这些策略可以很方便地用于各种不同的镍系烯烃聚合催化体系，包括各类[N,O]型、[P,O]型和[N,N]型镍催化剂等（图3）。不仅如此，该团队还发现，催化剂的异相化可以实现催化性能指标的提升，如热稳定性、活性、极性单体插入比、分子量等（图4A、4B、4H）。此外，还可以通过改变载体的类型等参数，来实现调节催化剂的性能，从而有助于发现高性能的异相镍催化剂。
图3 氢键和离子键锚定策略用于各种镍系催化剂的异相化。
图4 基于氢键和离子键锚定策略的异相镍催化剂的催化性能和所得聚烯烃及其复合材料的机械和功能性能。
这些异相化策略还可以通过原位聚合法实现制备具有定制性能的高性能聚烯烃，包括极性官能化聚烯烃、极性官能化聚烯烃釜内合金和聚烯烃基功能复合材料。例如，通过使用功能填料，可以原位制备高性能的定制聚烯烃复合材料。与熔体共混法相比，异相催化原位聚合法得到的聚烯烃复合材料具有更好的机械性能（图4C、4D）和功能性质（图4E）。这得益于原位聚合法能够实现分散相在聚烯烃基体中的均匀分布（图4F）。这些聚烯烃基材料在许多领域有潜在的应用，如导电导热、光降解、阻燃、气体阻隔等（图4G）。这些异相化策略还成功地实现了产品形貌控制（图4I），避免了粘釜问题，从而有助于实现安全、高效的连续化聚合工艺。
图5 共锚定策略在异相镍催化的极性官能团化聚烯烃釜内合金合成中的应用。
图6 助催化剂异相化策略和离子簇异相化策略在镍催化的聚烯烃及其复合材料的合成中的应用。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00263
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