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  聚烯烴材料具有量輕、廉價(jià)、耐腐蝕以及卓越的機(jī)械強(qiáng)度等理化性質(zhì)，是現(xiàn)代工業(yè)最重要的塑料原料之一，也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展不可或缺的重要原料。在聚烯烴材料使用過(guò)程中，發(fā)生物理?yè)p傷后具備自動(dòng)愈合的聚烯烴材料具有廣泛的應(yīng)用前景，但這類聚烯烴材料的合成卻面臨巨大挑戰(zhàn)。

  材料的自修復(fù)機(jī)制主要分為化學(xué)相互作用和物理相互作用兩類，通過(guò)化學(xué)相互作用引發(fā)自動(dòng)愈合的材料主要依靠材料中的動(dòng)態(tài)化學(xué)作用，如可逆/非可逆共價(jià)鍵、氫鍵、金屬離子配位鍵等。這類材料通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能，但這類材料的合成往往需要多步化學(xué)反應(yīng)將功能化基團(tuán)引入聚合物網(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)致使用成本過(guò)高，且這些化學(xué)相互作用對(duì)材料真實(shí)服役環(huán)境（如高濕度、酸、堿等）比較敏感，從而降低其自修復(fù)效率。相比之下，通過(guò)微相分離、范德華作用力等物理相互作用實(shí)現(xiàn)的自修復(fù)往往不需要引入特定的官能團(tuán)，從而可以實(shí)現(xiàn)低成本的大量生產(chǎn)。因此，通過(guò)催化劑和聚合物的分子設(shè)計(jì)，將這類物理相互作用在聚合過(guò)程中引入傳統(tǒng)聚烯烴材料的微觀結(jié)構(gòu)中，理論上可以制備具有自修復(fù)性能的高附加值聚烯烴材料。

  日本理化學(xué)研究所侯召民教授和王號(hào)兵博士（現(xiàn)華南理工大學(xué)前沿軟物質(zhì)學(xué)院教授）長(zhǎng)期致力于利用稀土金屬配合物催化烯烴聚合/共聚制備功能化聚烯烴材料，成功實(shí)現(xiàn)了一系列含有雜原子（氧、硫等）的功能化α-烯烴間規(guī)選擇性聚合及與乙烯共聚、非共軛α,ω-二烯高區(qū)域和立體選擇性環(huán)化聚合及與乙烯共聚、苯甲醚取代丙烯與苯乙烯共間規(guī)完美交替共聚等（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 12624; Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 7173），制備了一系列結(jié)構(gòu)新穎、性能獨(dú)特的功能化聚烯烴及共聚物。特別是該課題組利用鈧催化劑實(shí)現(xiàn)了乙烯與苯甲醚基丙烯的高效共聚，成功合成了高分子量、乙烯-取代丙烯交替為主同時(shí)含有少量短鏈聚乙烯的多嵌段共聚物（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 3249），出人意料的是，此類共聚物是一類具有自愈合和形狀記憶性能的智能高分子材料。該研究發(fā)現(xiàn)改變苯甲醚基團(tuán)上的取代基對(duì)共聚物的力學(xué)和自愈合性質(zhì)影響巨大，如利用乙烯與兩類不同的甲氧基芳基取代丙烯進(jìn)行可控三元共聚反應(yīng)，可獲得一系列組份可調(diào)控的三元無(wú)規(guī)共聚物，且這類三元共聚物表現(xiàn)出顯著提升的自愈合和力學(xué)性能，其自愈合能力幾乎不受環(huán)境影響，在空氣、水、酸與堿溶液中均可高效愈合（Angew. Chem., Int. Ed. 2021, 60, 26192）。  

  隨后，作者將目標(biāo)轉(zhuǎn)向廉價(jià)的化工單體，期望通過(guò)簡(jiǎn)單單體的聚合直接合成自修復(fù)材料。異戊二烯是一種大量使用的化工原料，該單體通過(guò)不同的聚合方式可產(chǎn)生不同微觀結(jié)構(gòu)的聚異戊二烯，導(dǎo)致所得產(chǎn)物表現(xiàn)出不同的物理和機(jī)械性質(zhì)，如順式1，4-聚異戊二烯是天然橡膠的主要成分，是一類高流動(dòng)性的黏態(tài)材料，而反式1，4-和3，4-聚異戊二烯是拉伸強(qiáng)度較高的塑料材料。作者設(shè)想，通過(guò)不同催化劑調(diào)節(jié)聚異戊二烯中不同結(jié)構(gòu)的含量，是否能引入納米級(jí)別的微相分離，從而使異戊二烯均聚物產(chǎn)生自修復(fù)性能？

圖1. 材料的制備與力學(xué)性能

圖2. 材料的自修復(fù)性能

圖3. 材料的自修復(fù)機(jī)理

  以上成果發(fā)表在近期的德國(guó)應(yīng)用化學(xué)期刊（Angew. Chem., Int. Ed. 2022, DOI: doi.org/10.1002/anie.202210023），文章的通訊作者是日本理化學(xué)研究所侯召民主任研究員，第一作者是華南理工大學(xué)王號(hào)兵教授。