聚烯烃是世界上最大宗的合成高分子材料，在工农业、生命健康和国防安全等领域发挥着重要作用。烯烃嵌段共聚物（OBCs）是高端聚烯烃材料之一，由交替的结晶性硬段和无定形软段组成，软硬段结晶能力通过调节共聚的a-烯烃单体含量来实现。目前，OBCs的工业合成方法是链穿梭聚合，使用两种催化剂与链穿梭剂（CSA），通过可逆的链转移反应实现。该方法要求所用的催化剂与CSA高度匹配，存在工艺控制流程复杂、成本高、安全隐患大（CSA高度易燃）等局限。
在中国科学院、国家自然科学基金委、中国科学院大学的支持下，国科大化学科学学院和中国科学院化学研究所的研究团队密切合作，成功开发了一种新型催化系统，实现了无需添加链转移试剂，而是使用单一催化剂一步法合成OBCs，发展了一种全新的OBCs合成技术。
使用单一催化剂合成OBCs的挑战在于，催化剂需要具备两种截然不同的性能，（1）生成以聚乙烯为主的硬段，（2）生成高a-烯烃含量的软段，这给催化剂的设计带来了巨大挑战。为构建可动态调节a-烯烃插入率的催化剂，国科大王洋副教授提出将动态配体引入催化剂设计的构想，在链增长的过程中切换配体，有望实现单一催化剂制备OBCs这一貌似不可能的目标。据此，研究团队使用吡啶胺基铪三烷基取代催化剂，其活化后可同时生长两条聚合物链。这两条链互为配体，一条链的结构可影响另一条链的共单体插入能力。利用单体插入的区域选择性，可实现对于共单体选择性的动态调节，从而实现单一催化剂一步合成OBCs（图1a）。
研究团队发现，OBCs的软硬段比例可以通过改变乙烯和辛烯的比例来调节。通过加入少量苯乙烯作为调节剂，在120 oC高温聚合，仍能实现具高熔点OBCs的合成，说明技术具有潜在工业化前景。
OBCs的表征具有挑战性，研究团队联用热分析、溶液结晶分级、结晶形貌学、X射线衍射等多种手段，证实了所合成的材料具有嵌段结构（图1b），且展现了玻璃化转变温度低、熔点高、共聚单体含量和结晶度可调等OBCs典型特征。力学性能评估表明，所合成的OBCs材料具有高伸长率、可控的模量和优异的弹性回复率。
图1. (a) 单一催化剂制备OBCs示意图；(b) 多种表征手段联用表征OBCs结构。
相关成果以Single Catalyst with Dynamic Ligands Enabled Synthesis of Olefin Block Copolymers为题，发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2025, DOI: 10.1021/jacs.4c18606）上，国科大卢蓝飞博士生为第一作者，化学所刘国明研究员和国科大王洋副教授为通讯作者。
