1. 共轭双烯烃高选择性聚合

共轭双烯烃可以进行顺式1,4-、反式1,4-、1,2-（或3,4-）等区域选择性聚合，以及1,2-（或3,4-）间同、全同、无规等区域、立体选择性聚合，得到结构变化多样的聚合产物。其中高顺式1,4-聚异戊二烯和聚丁二烯是工业、国防和航天应用最广泛的橡胶。而反式1,4- 1,2-或3,4-聚双烯烃是医用、或高性能橡胶的重要组分。生物体系的选择性在温和条件下可以达到100%，比如天然橡胶中异戊二烯的顺式1,4-结构可达100%，但对于合成催化剂实现97%以上就非常困难。然而结构的细微差别会导致产物性能的极大变化。因此开发易合成、高催化活性、选择性、适于工业化生产的催化体系，一直是学术界特别是工业界非常具有吸引力而又十分棘手的课题之一。我们采用新的催化剂设计理念，合成了一系列高选择性催化体系，并研究了选择性控制机理。

JACS. 2008, 130, 4984-4991

Marcomoleculers. 2008, 41, 1983-1988

Chem.Commun. 2010, 46, 6150-6152

2. 可生物降解高分子聚合

聚烯烃等塑料的发展非常迅速，在生产和生活中的作用不可或缺。但对环境造成的白色污染和对石油资源的依赖也成为人类生存与发展极其沉重的负担。因此，不依赖于石油资源的材料或使用后可生物降解高分子材料越来越受到研究者、公司和政府的关注。聚己内酯、聚丙交酯和聚碳酸酯是代表性的可生物降解高分子材料，其单体来源丰富、廉价而且是非石油资源，降解后的产物不污染环境。它们广泛应用于组织工程和缓释、控释和靶向等药物制剂，并有望部分取代聚烯烃等通用塑料。我们合成了一系列稀土金属有机配合物，它们可以催化丙交酯聚合，在数分钟内可达100%转化率；可以催化己内酯聚合获得超高分子量的聚脂；可以单组分催化环氧烷与二氧化碳的交替共聚合，得到高分子量、高碳酸酯含量的聚合物。目前，本课题组正在合成新型催化剂旨在进一步提高其催化活性、对单体的立体选择性，及其与非极性单体的共聚性，获得性能多元化、组成可调节的新材料。

Macromolecules. 2014, 47, 5586-5594

Polym.Chem. 2014, 5, 4580-4588

3.苯乙烯及其衍生物的聚合

①设计出高效的催化聚合体系，实现对于苯乙烯的高间规聚合。

Macromolecules 2012, 45, 1248-1253

②基于芴亚甲基吡啶配体的稀土全系双烷基配合物可以高效的催化苯乙烯高间规选择性聚合。这些配合物的聚合活性与其中心金属密切相关，中心金属离子半径越小，其催化苯乙烯聚合的活性越高。通过研究烷基铝、外给电子体和溶剂对于聚合反应的影响，并结合DFT计算发现苯乙烯配位是稀土催化剂催化苯乙烯聚合决速步骤。

ACS Catal. 2016, 6, 176-185

③β-双亚胺稀土配合物，在助催化剂的活化下可以高活性催化邻位甲氧基功能化的苯乙烯聚合，并获得高分子量的聚合物，对所得聚合物进行核磁分析发现其具有近乎完美的全同选择性（mmmm >

99%）。

Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 5205-5209

④利用吡啶芴基钇催化剂率先实现了“未保护”的极性苯乙烯单体与苯乙烯的高活性、高间规选择性共聚合，并获得高分子量的共聚物。

Angew. Chem. Int. Ed., 2017,56, 2714-2719

⑤使用弱极性的对甲硫基苯乙烯（MTS）作为功能化单体，在芴基吡啶钇双烷基配合物-硼盐-三异丁基铝的催化下，实现了该该单体的高活性(45.1×104g molY-1h-1)、高间规选择性(rrrr >99%)聚合。所得MTS均聚物的分子量与理论分子量相近，最高可高达17万，而分子量分布（PDI）在1.3-1.9之间，说明该单体对催化剂的毒化作用很小，且聚合可控。

Macromolecules, 2016,49, 781–787

⑥向溶剂转移的配位聚合

自由基聚合和阳离子聚合中普遍存在活性链向溶剂转移反应，是一种不可控的副反应。而在配位聚合中，链转移反应可用于调节聚合物的分子量、功能化链末端、影响链的拓扑结构。更重要的是，基于链转移反应，每个金属催化剂分子可以产生多条聚合物链，极大地提高了催化效率，从而减少了昂贵催化剂的使用量，这是检验催化剂是否具有应用价值的重要指标。因此，科学工作者们在配位链转移聚合方面做了大量研究，报道了多种链转移方式，例如β-H转移（包括β-H消除和向单体转移）、向氢气转移，铝、镁、锌等烷基化合物引发的链转移，以及苯甲醚邻位C-H活化导致的新式链转移等等。鉴于甲苯的稳定性和化学反应惰性，常常被用作聚合反应溶剂。2016年，Buscio课题组首次报道采用单茂磷亚胺钛催化丙烯聚合时发生聚合物链向溶剂甲苯转移。聚合过程中活性种Ti-C键均裂成自由基后形成甲苯封端的丙烯，再进行配位插入反应（ACS Catal.2016,6 , 7989-7993），严格说来，并非是向甲苯的配位链转移。因此，配位聚合中向溶剂转移仍是一个尚未触及的研究领域。

组内通过设计催化体系和添加剂实现苯乙烯聚合向溶剂（甲苯）发生链转移。

Angew.Chem.Int.Ed.2020,59, 4324-4328

Macromolecules，2020,53,1205-1211

4.生物来源烯烃聚合

3-亚甲基环戊烯（MCP）是一种刚性结构的萜烯基共轭双烯单体，由β-月桂烯经Grubbs II催化剂关环反应生成。无法使用自由基聚合和阴离子聚合高效聚合MCP，使用阳离子高效聚合的条件过于苛刻。为了寻找一种有效催化MCP聚合方法，最近，我们用稀土催化剂对MCP进行了聚合研究，详细研究了催化剂螯合配体的结构对MCP聚合活性和立构选择性的影响规律，筛选出了一种NSN-型配体螯合的稀土镥催化体系，发现该催化体系对MCP单体聚合具有极高的催化活性和1,4-立构选择性，所制得1,4-聚MCP的分子量随单体与催化剂摩尔比成比例增长（可达20.0×104 g/mol）。这是首例有关配位聚合方法高活性、高选择性制备高分子量1,4-聚MCP的研究论文。

Argew.Chem.Int.Ed., 2017, 56, 4560-4564

5.乙烯聚合

①乙烯与α-烯烃共聚合

乙烯与α-烯烃形成线性低密度聚乙烯与普通聚乙烯相比具有低密度、结晶性和刚性的优点，目前可以催化乙烯与α-烯烃共聚合的稀土金属催化剂极少，因此，我们致力于探究高效共聚乙烯与α-烯烃的催化体系。研究发现，芴基官能化卡宾钪配合物高效催化乙烯与α-烯烃共聚。

Organometallics., 2013, 32, 2204–2209

②乙烯与共轭双烯烃的共聚

将乙烯单元引入聚丁二烯骨架是合成先进橡胶材料的一种方法，由于两种单体的不同聚合机理和不同的反应活性，这是一个研究难题。迄今为止，仅获得具有丁二烯单元反-1,4-和1,2-的共聚物。我们通过使用噻吩稠合的环戊二烯基钪配合物，首次获得了具有顺-1,4-丁二烯结构单元的共聚物。研究了催化剂的位阻和电子效应以及单体配位模式对催化体系的活性、反应的选择性以及聚合物序列长度的影响，并阐明了其反应机理。聚合物中乙烯单体含量高达45mol％，并且具有80％顺式-1,4选择性，Tg = -94℃。这种新型乙烯基橡胶材料具有短聚乙烯序列而没有明显的熔点。该橡胶表现了优异的抗流动性能和强拉伸强度。

Argew.Chem.Int.Ed., 2017, 56, 6975-6979

6.累积双烯聚合

联烯是一类具有两个累积双键的化合物，在联烯的三个碳原子中，末端的两个sp2杂化的碳原子上的p轨道与联烯中间的sp杂化的碳原子中两个互相垂直的p轨道交盖，形成两个互相垂直的π轨道。联烯特殊的化学结构，使其常常在反应当中表现出非常有趣的反应活性和选择性。

稀土金属催化体系催化苯基联烯类单体的聚合，可以实现对于苯基联烯、对甲基苯基联烯、对氟苯基联烯和对甲氧基苯基联烯的高2,3选择性和高活性聚合。发现在苯环的对位引入取代基可以将无定形的聚苯基联烯变成具有结晶性的聚合物，这也是首次发现具有结晶性的苯基联烯类聚合物。

Angew.Chem.Int.Ed. 2017, 56, 14653-14657

将联烯单体进行反常规的高1,2-区域选择性聚合，并在此基础上实现了丙烯与联烯共聚。将得到的均聚物和共聚物中高活性的端双键羟基化，分别得到聚烯丙醇类似物和羟基含量高达26.5mol%的聚丙烯。机理研究表明联烯完美的1,2-选择性聚合是动力学驱动而非热力学控制过程。

Angew.Chem.Int.Ed. 2020, 59, 4947–4952

7. 金属有机配合物催化小分子反应

研究方向集中在金属有机化学和高分子合成化学相关领域，重点探索新催化剂（新配合物）的设计合成、新反应性（如氮气活化）的开发、高性能高分子材料的合成及应用。

1. 氮气活化及在有机小分子合成和高分子合成中的应用

氮气（N2）是大气中含量丰富且来源易得的气体。N2分子具有稳定的N≡N叁键而难以利用。将N2转化为高附加值的含氮化合物是具有挑战的世界性研究课题。我们希望通过金属有机配合物实现N2的活化，并进一步用于含氮小分子和含氮高分子合成。

2. 金属有机配合物的新反应性

金属有机配合物与小分子的反应是新型有机催化和高分子合成反应的基础。我们希望通过设计合成新配合物，开发新反应或优化传统反应。比如，金属有机配合物对一氧化碳分子的活化，可以用于构筑新型有机小分子和高分子（聚碳酸酯）。