1. 共軛雙烯烴高選擇性聚合
共軛雙烯烴可以進(jìn)行順式1,4-、反式1,4-、1,2-（或3,4-）等區(qū)域選擇性聚合，以及1,2-（或3,4-）間同、全同、無(wú)規(guī)等區(qū)域、立體選擇性聚合，得到結(jié)構(gòu)變化多樣的聚合產(chǎn)物。其中高順式1,4-聚異戊二烯和聚丁二烯是工業(yè)、國(guó)防和航天應(yīng)用最廣泛的橡膠。而反式1,4- 1,2-或3,4-聚雙烯烴是醫(yī)用、或高性能橡膠的重要組分。生物體系的選擇性在溫和條件下可以達(dá)到100%，比如天然橡膠中異戊二烯的順式1,4-結(jié)構(gòu)可達(dá)100%，但對(duì)于合成催化劑實(shí)現(xiàn)97%以上就非常困難。然而結(jié)構(gòu)的細(xì)微差別會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物性能的極大變化。因此開(kāi)發(fā)易合成、高催化活性、選擇性、適于工業(yè)化生產(chǎn)的催化體系，一直是學(xué)術(shù)界特別是工業(yè)界非常具有吸引力而又十分棘手的課題之一。我們采用新的催化劑設(shè)計(jì)理念，合成了一系列高選擇性催化體系，并研究了選擇性控制機(jī)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
聚烯烴等塑料的發(fā)展非常迅速，在生產(chǎn)和生活中的作用不可或缺。但對(duì)環(huán)境造成的白色污染和對(duì)石油資源的依賴(lài)也成為人類(lèi)生存與發(fā)展極其沉重的負(fù)擔(dān)。因此，不依賴(lài)于石油資源的材料或使用后可生物降解高分子材料越來(lái)越受到研究者、公司和政府的關(guān)注。聚己內(nèi)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，其單體來(lái)源豐富、廉價(jià)而且是非石油資源，降解后的產(chǎn)物不污染環(huán)境。它們廣泛應(yīng)用于組織工程和緩釋、控釋和靶向等藥物制劑，并有望部分取代聚烯烴等通用塑料。我們合成了一系列稀土金屬有機(jī)配合物，它們可以催化丙交酯聚合，在數(shù)分鐘內(nèi)可達(dá)100%轉(zhuǎn)化率；可以催化己內(nèi)酯聚合獲得超高分子量的聚脂；可以單組分催化環(huán)氧烷與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，本課題組正在合成新型催化劑旨在進(jìn)一步提高其催化活性、對(duì)單體的立體選擇性，及其與非極性單體的共聚性，獲得性能多元化、組成可調(diào)節(jié)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設(shè)計(jì)出高效的催化聚合體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)于苯乙烯的高間規(guī)聚合。
Macromolecules 2012, 45, 1248-1253
②基于芴亞甲基吡啶配體的稀土全系雙烷基配合物可以高效的催化苯乙烯高間規(guī)選擇性聚合。這些配合物的聚合活性與其中心金屬密切相關(guān)，中心金屬離子半徑越小，其催化苯乙烯聚合的活性越高。通過(guò)研究烷基鋁、外給電子體和溶劑對(duì)于聚合反應(yīng)的影響，并結(jié)合DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)苯乙烯配位是稀土催化劑催化苯乙烯聚合決速步驟。
ACS Catal. 2016, 6, 176-185
③β-雙亞胺稀土配合物，在助催化劑的活化下可以高活性催化鄰位甲氧基功能化的苯乙烯聚合，并獲得高分子量的聚合物，對(duì)所得聚合物進(jìn)行核磁分析發(fā)現(xiàn)其具有近乎完美的全同選擇性（mmmm >
99%）。
Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 5205-5209
④利用吡啶芴基釔催化劑率先實(shí)現(xiàn)了“未保護(hù)”的極性苯乙烯單體與苯乙烯的高活性、高間規(guī)選擇性共聚合，并獲得高分子量的共聚物。
Angew. Chem. Int. Ed., 2017,56, 2714-2719
⑤使用弱極性的對(duì)甲硫基苯乙烯（MTS）作為功能化單體，在芴基吡啶釔雙烷基配合物-硼鹽-三異丁基鋁的催化下，實(shí)現(xiàn)了該該單體的高活性(45.1×104g molY-1h-1)、高間規(guī)選擇性(rrrr >99%)聚合。所得MTS均聚物的分子量與理論分子量相近，最高可高達(dá)17萬(wàn)，而分子量分布（PDI）在1.3-1.9之間，說(shuō)明該單體對(duì)催化劑的毒化作用很小，且聚合可控。
Macromolecules, 2016,49, 781–787
⑥向溶劑轉(zhuǎn)移的配位聚合
自由基聚合和陽(yáng)離子聚合中普遍存在活性鏈向溶劑轉(zhuǎn)移反應(yīng)，是一種不可控的副反應(yīng)。而在配位聚合中，鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)可用于調(diào)節(jié)聚合物的分子量、功能化鏈末端、影響鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。更重要的是，基于鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，每個(gè)金屬催化劑分子可以產(chǎn)生多條聚合物鏈，極大地提高了催化效率，從而減少了昂貴催化劑的使用量，這是檢驗(yàn)催化劑是否具有應(yīng)用價(jià)值的重要指標(biāo)。因此，科學(xué)工作者們?cè)谂湮绘溵D(zhuǎn)移聚合方面做了大量研究，報(bào)道了多種鏈轉(zhuǎn)移方式，例如β-H轉(zhuǎn)移（包括β-H消除和向單體轉(zhuǎn)移）、向氫氣轉(zhuǎn)移，鋁、鎂、鋅等烷基化合物引發(fā)的鏈轉(zhuǎn)移，以及苯甲醚鄰位C-H活化導(dǎo)致的新式鏈轉(zhuǎn)移等等。鑒于甲苯的穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)惰性，常常被用作聚合反應(yīng)溶劑。2016年，Buscio課題組首次報(bào)道采用單茂磷亞胺鈦催化丙烯聚合時(shí)發(fā)生聚合物鏈向溶劑甲苯轉(zhuǎn)移。聚合過(guò)程中活性種Ti-C鍵均裂成自由基后形成甲苯封端的丙烯，再進(jìn)行配位插入反應(yīng)（ACS Catal.2016,6 , 7989-7993），嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，并非是向甲苯的配位鏈轉(zhuǎn)移。因此，配位聚合中向溶劑轉(zhuǎn)移仍是一個(gè)尚未觸及的研究領(lǐng)域。
組內(nèi)通過(guò)設(shè)計(jì)催化體系和添加劑實(shí)現(xiàn)苯乙烯聚合向溶劑（甲苯）發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移。
Angew.Chem.Int.Ed.2020,59, 4324-4328
Macromolecules，2020,53,1205-1211
4.生物來(lái)源烯烴聚合
3-亞甲基環(huán)戊烯（MCP）是一種剛性結(jié)構(gòu)的萜烯基共軛雙烯單體，由β-月桂烯經(jīng)Grubbs II催化劑關(guān)環(huán)反應(yīng)生成。無(wú)法使用自由基聚合和陰離子聚合高效聚合MCP，使用陽(yáng)離子高效聚合的條件過(guò)于苛刻。為了尋找一種有效催化MCP聚合方法，最近，我們用稀土催化劑對(duì)MCP進(jìn)行了聚合研究，詳細(xì)研究了催化劑螯合配體的結(jié)構(gòu)對(duì)MCP聚合活性和立構(gòu)選擇性的影響規(guī)律，篩選出了一種NSN-型配體螯合的稀土镥催化體系，發(fā)現(xiàn)該催化體系對(duì)MCP單體聚合具有極高的催化活性和1,4-立構(gòu)選擇性，所制得1,4-聚MCP的分子量隨單體與催化劑摩爾比成比例增長(zhǎng)（可達(dá)20.0×104 g/mol）。這是首例有關(guān)配位聚合方法高活性、高選擇性制備高分子量1,4-聚MCP的研究論文。
Argew.Chem.Int.Ed., 2017, 56, 4560-4564
5.乙烯聚合
①乙烯與α-烯烴共聚合
乙烯與α-烯烴形成線性低密度聚乙烯與普通聚乙烯相比具有低密度、結(jié)晶性和剛性的優(yōu)點(diǎn)，目前可以催化乙烯與α-烯烴共聚合的稀土金屬催化劑極少，因此，我們致力于探究高效共聚乙烯與α-烯烴的催化體系。研究發(fā)現(xiàn)，芴基官能化卡賓鈧配合物高效催化乙烯與α-烯烴共聚。
Organometallics., 2013, 32, 2204–2209
②乙烯與共軛雙烯烴的共聚
將乙烯單元引入聚丁二烯骨架是合成先進(jìn)橡膠材料的一種方法，由于兩種單體的不同聚合機(jī)理和不同的反應(yīng)活性，這是一個(gè)研究難題。迄今為止，僅獲得具有丁二烯單元反-1,4-和1,2-的共聚物。我們通過(guò)使用噻吩稠合的環(huán)戊二烯基鈧配合物，首次獲得了具有順-1,4-丁二烯結(jié)構(gòu)單元的共聚物。研究了催化劑的位阻和電子效應(yīng)以及單體配位模式對(duì)催化體系的活性、反應(yīng)的選擇性以及聚合物序列長(zhǎng)度的影響，并闡明了其反應(yīng)機(jī)理。聚合物中乙烯單體含量高達(dá)45mol％，并且具有80％順式-1,4選擇性，Tg = -94℃。這種新型乙烯基橡膠材料具有短聚乙烯序列而沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)。該橡膠表現(xiàn)了優(yōu)異的抗流動(dòng)性能和強(qiáng)拉伸強(qiáng)度。
Argew.Chem.Int.Ed., 2017, 56, 6975-6979
6.累積雙烯聚合
聯(lián)烯是一類(lèi)具有兩個(gè)累積雙鍵的化合物，在聯(lián)烯的三個(gè)碳原子中，末端的兩個(gè)sp2雜化的碳原子上的p軌道與聯(lián)烯中間的sp雜化的碳原子中兩個(gè)互相垂直的p軌道交蓋，形成兩個(gè)互相垂直的π軌道。聯(lián)烯特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使其常常在反應(yīng)當(dāng)中表現(xiàn)出非常有趣的反應(yīng)活性和選擇性。
稀土金屬催化體系催化苯基聯(lián)烯類(lèi)單體的聚合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于苯基聯(lián)烯、對(duì)甲基苯基聯(lián)烯、對(duì)氟苯基聯(lián)烯和對(duì)甲氧基苯基聯(lián)烯的高2,3選擇性和高活性聚合。發(fā)現(xiàn)在苯環(huán)的對(duì)位引入取代基可以將無(wú)定形的聚苯基聯(lián)烯變成具有結(jié)晶性的聚合物，這也是首次發(fā)現(xiàn)具有結(jié)晶性的苯基聯(lián)烯類(lèi)聚合物。
Angew.Chem.Int.Ed. 2017, 56, 14653-14657
將聯(lián)烯單體進(jìn)行反常規(guī)的高1,2-區(qū)域選擇性聚合，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了丙烯與聯(lián)烯共聚。將得到的均聚物和共聚物中高活性的端雙鍵羥基化，分別得到聚烯丙醇類(lèi)似物和羥基含量高達(dá)26.5mol%的聚丙烯。機(jī)理研究表明聯(lián)烯完美的1,2-選擇性聚合是動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)而非熱力學(xué)控制過(guò)程。
Angew.Chem.Int.Ed. 2020, 59, 4947–4952
7. 金屬有機(jī)配合物催化小分子反應(yīng)
研究方向集中在金屬有機(jī)化學(xué)和高分子合成化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，重點(diǎn)探索新催化劑（新配合物）的設(shè)計(jì)合成、新反應(yīng)性（如氮?dú)饣罨┑拈_(kāi)發(fā)、高性能高分子材料的合成及應(yīng)用。
1. 氮?dú)饣罨霸谟袡C(jī)小分子合成和高分子合成中的應(yīng)用
氮?dú)猓∟2）是大氣中含量豐富且來(lái)源易得的氣體。N2分子具有穩(wěn)定的N≡N叁鍵而難以利用。將N2轉(zhuǎn)化為高附加值的含氮化合物是具有挑戰(zhàn)的世界性研究課題。我們希望通過(guò)金屬有機(jī)配合物實(shí)現(xiàn)N2的活化，并進(jìn)一步用于含氮小分子和含氮高分子合成。
2. 金屬有機(jī)配合物的新反應(yīng)性
金屬有機(jī)配合物與小分子的反應(yīng)是新型有機(jī)催化和高分子合成反應(yīng)的基礎(chǔ)。我們希望通過(guò)設(shè)計(jì)合成新配合物，開(kāi)發(fā)新反應(yīng)或優(yōu)化傳統(tǒng)反應(yīng)。比如，金屬有機(jī)配合物對(duì)一氧化碳分子的活化，可以用于構(gòu)筑新型有機(jī)小分子和高分子（聚碳酸酯）。