他，从二本到学术大牛，5年5篇Nature/Science正刊，推动高分子领域变革！

　　Eugene Y.-X. Chen教授，现就职于美国科罗拉多州立大学，在高分子化学、可再生能源化学、金属有机化学以及金属和有机催化等领域十分活跃。他本科毕业于上饶师范学院，在南开大学获得硕士学位，并于马萨诸塞大学阿默斯特分校获得博士学位。随后，他于美国西北大学开展博士后研究工作。结束博士后研究工作后进入陶氏公司担任化学高级研究员以及项目负责人的职位。目前是美国科罗拉多州立大学的全职教授，并兼职该大学工程院的教授，于2012年任可再生能源中心的主任。于2015年获得“美国总统绿色化学挑战奖”。他在高分子化学以及金属有机化学等领域作出了相当多优秀的工作，他的研究推动了高分子聚合物的可回收利用，使人们在可再生能源领域的探索迈进了一大步。近5年，Eugene Y.-X. Chen教授团队在《Nature》《Science》连发5篇正刊，让我们来共同了解一下Chen教授的工作，感受一下高分子化学的魅力。

　　1. 2016年《Nature Chemistry》：完全可回收的聚合物

　　开环聚合（ROP）是一种强大的合成方法，可以用于从环状酯合成重要的可生物降解的脂肪族聚酯。然而，可生物降解的五元γ-丁内酯（γ-BL）由于其低应变能，通常被认为“不可聚合”。通过ROP工艺化学合成聚（γ-丁内酯）（PγBL）常常需要在超高压及高温（20000 atm，160 °C）下实现，并且仅产生低聚物。在这篇文章中，Chen教授团队报道了γ-BL的ROP可以在合适的催化剂下，在常规压力下顺利进行到高转化率（90%）合成，以生产数均分子量高达30 kg mol–1且具有受控线性和/或环状拓扑结构的Pγ-BL材料。值得注意的是，通过简单地将本体材料在220 °C（线性聚合物）或300 °C（环状聚合物）下加热一小时，线性和环状PγBL都可以以定量产率回收单体，从而证明了PγBL的完全可回收性。

　　图1. 可回收的聚γ-丁内酯

　　文章链接：
https://nature.m7h.net/articles/nchem.2391

　　2. 2018年《Science》：具有高性能的可回收聚合物

　　化学可回收聚合物的开发为聚合物材料的最终使用问题提供了解决方案，并为实现循环材料经济提供了闭环方法。然而，能够容易且选择性地解聚回单体的聚合物通常需要低温聚合方法，并且还缺乏实际应用所需的物理性能和机械强度。Chen教授在2018年报道了一种基于γ-丁内酯（GBL）的聚合物体系，该体系在α和β位置具有反式环融合。这种反式环融合使通常被认为是不可聚合的GBL环在室温下无溶剂条件下易于聚合，从而产生高分子量聚合物。该聚合物具有增强的热稳定性，并且可以通过热解或化学裂解重复且定量地再循环回其单体。聚合物的两种对映异构体的混合产生高度结晶的超分子立体复合物。该工作的实验结果表明，通过合理设计单体和聚合物结构，可以制造出具有可回收性和较高材料特性的化学可回收聚合物，并且聚合物合成和回收过程可以在现有工业条件下进行。

　　图2. 单体、催化剂以及产生的线性和环状聚合物的结构。

　　文章链接：
https://sciencex.donfick.com/doi/pdf/10.1126/science.aar5498

　　3.2019年《Science》：高选择性构筑手性聚合物

　　手性或前手性单体的立体选择性聚合是生产高性能立体规则结晶聚合物材料的一种强有力的方法。然而，对于具有两个立体生成中心的单体，通常需要在聚合前分离非对映体，这导致了与分离和纯化过程相关的大量材料损失和增加的能量成本。在这篇文章中，Chen教授团队报道了一种非对映选择性聚合方法，该方法通过催化剂使八元二醇（8DL）单体的混合物直接聚合成具有不同起始比例的手性外消旋体（rac）和非手性非对映异构体，形成具有全同立构和间同立构立体二嵌段或立体锥形嵌段微结构的立体有序结晶聚羟基烷酸酯。相对于纯rac-8DL的聚合物，这些聚合物显示出增强的延展性和韧性，通过8DL单体的非对映体比率和结构的变化进行调节。

　　图3. 非对映和对映选择性聚合

　　文章链接：
https://sciencex.donfick.com/doi/pdf/10.1126/science.aax8466

　　4. 2021年《Nature Chemistry》：谐二取代单体对聚合物性能提升有重要意义

　　环状单体的谐双取代是提高聚合物化学可回收性的有效策略，但它往往以牺牲性能为代价。在该工作中，Chen教授团队提出了使用谐-α，α-二取代的可大量获得的生物基δ-戊内酯，以产生谐-二烷基取代的戊内酯（VLR2）。所产生的聚合物不仅解决了母体聚（δ-戊内酯）化学可回收性差的问题，还解决了其低熔融温度和机械性能差的问题。谐二取代聚酯（PVLR2）不仅表现出优良的化学可回收性，而且还表现出了与聚乙烯相媲美的热和机械性能。通过基本的结构-性能研究，作者揭示了烷基链长度对PVLR2材料性能的影响，这项工作基于VLR2的高性能聚酯平台揭示了利用谐二取代单体对提高聚酯的化学可回收性和材料性能的重要影响。

　　图4. 谐二取代内酯单体及聚合物的回收示意图

　　文章连接：
https://nature.m7h.net/articles/s41557-022-01077-x

　　5. 2022年《Nature》：升级循环，塑料回收新观念

　　推进塑料可持续应用需要解决多方面的挑战，具有相当的复杂性。寻找将消费后塑料转化为具有附加经济价值的材料的解决方案仍然是一项巨大的挑战，需要回答复杂且相互关联的化学、经济和环境问题。这一新框架被成为升级循环（upcycling）。在这一综述中，Chen教授联合来自西班牙巴斯克大学的Haritz Sardon、美国北卡罗来纳大学教堂山分校的Frank A. Leibfarth以及比利时根特大学的Steven De Meester团队根据获得的产品类型（聚合物、分子和材料），从升级循环的概念和定义、聚合物到聚合物转换、聚合物到小分子的转化以及聚合物到材料的转化等几个方面总结讨论了聚合物升级循环的概念和未来的发展。作者建议将升级循环重点放在从头合成产品的可持续替代上。这种替代可以通过考虑三个标准来指导：环境影响、工业相关性和经济价值。将这些原则应用于最近的研究，可以得出关于聚合物升级循环现状的三个广泛结论：

　　首先，以指导原则对该领域的现状进行基准测试表明，聚合物升级循环还处于起步阶段，在适合广泛实施之前面临相当大的挑战；第二个关键发展领域包括在研究过程开始的时候整合材料性能、可持续性指标（LCA 和 TEA）、材料流动分析 (MFA) 和升级产品的市场容量等方面的内容；第三，在技术开发过程中需要考虑升级后产品的报废情况。理想情况下，升级回收不仅可以延长塑料的使用寿命，还可以添加化学功能，使塑料更易于回收。

　　塑料仍然是保护食品、净化水、储存或产生能量、减少感染和制造高性能材料的最佳材料。鉴于它们在全球经济中的重要作用，需要制定一个全面且可持续的计划对达到使用寿命的塑料进行相关管理和回收。持续创新，重点是利用塑料废料生产因化学改性而具有高价值和高可回收性的材料，这是一个雄心勃勃的目标，将在向更可持续的塑料经济转变中发挥重要作用。

　　图5. 塑料回收上循环战略示意图

　　文章链接：
https://nature.m7h.net/articles/s41586-021-04350-0

　　6. 2023年《Science》：全新单体设计带来全新性质的可回收聚合物

　　聚羟基烷酸酯（PHA）由于其在环境中的生物可再生性和生物降解性，作为可持续塑料越来越受到人们的关注。然而，目前的半结晶PHA在广泛的商业实施和应用方面面临着三个长期的挑战：缺乏熔体可加工性、机械脆性和可回收性，最后一个对实现循环塑料经济至关重要。在这里，Chen教授团队报道了一种合成PHA平台，该平台通过消除PHA重复单元中的α-氢来解决热不稳定性的问题，从而阻止热降解过程中容易产生的顺式消除。PHA中这种简单的α，α-二取代物大大提高了热稳定性，使PHA变得可熔融加工。协同作用下，这种结构修饰还赋予PHA机械韧性、固有结晶度和闭环化学可回收性。

　　图6. PHA聚合设计

　　文章连接：
https://sciencex.donfick.com/doi/pdf/10.112 6/science.adg4520

　　7. 2023年《Nature》：用链子连接，增强聚合物性能

　　全球塑料问题是一个三重问题，包括严重的环境问题、能源问题以及气候问题。为此人们已经提出或制定了许多创新的封闭或开环的塑料回收或升级循环战略，解决了支撑实现循环经济的各个方面的问题。在这种情况下，在目前没有有效闭环解决方案的情况下，重复使用混合塑料垃圾是一个特别的挑战。这是因为这种混合塑料，特别是极性/非极性聚合物混合物，通常是不相容的和相分离的，这导致材料的性能明显较差。为了解决这一关键障碍，Chen课题组引入了一种新的相容化策略，将动态交联剂原位安装到几种二元、三元和经过使用后不混溶的聚合物混合物中。综合实验和建模研究表明，专门设计的动态交联剂可以通过动态形成接枝多嵌段共聚物使混合塑料链相容，从而重新激活混合塑料链，这篇文章中以无极性聚烯烃和极性聚酯为代表。与原始塑料相比，所得到的原位生成的动态热固性材料表现出固有的可再加工性以及增强的拉伸强度和抗蠕变性。这种方法避免了拆除/重建的过程，因此有可能为回收单个塑料所赋予的能量和材料价值提供一种替代的、简单的途径。

　　图7. 链交联策略融合不同极性聚合物以提升性能示意图

　　文章连接：
https://nature.m7h.net/articles/s41586-023-05858-3

　　总结：Eugene Y.-X. Chen教授这几年来专注于开发性能优良的可回收高分子材料的新方法和新技术，并在这些领域做出了独创性的贡献。我们可以一起进一步期待他在这一领域带领人类走的更深、更远。

　　来源：高分子科学前沿

　　声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！