聚乙炔是著名的导电高分子，由于双键的不可扭转使得其具有顺式和反式两种异构体，二者在光学性质上有很大差别。因此，聚乙炔的顺反异构化引起了科学家们的广泛关注。当乙炔晶体受几万大气压的压力驱动聚合时，会倾向于生成顺式产物。北京高压科学研究中心的李阔与郑海燕研究员所带领的科研团队通过原位的中子衍射技术并结合分子动力学计算，证明了乙炔晶体结构对聚合反应的导向作用，第一次定量的解释了实验上所发现的顺式聚乙炔占优势的原因，并意外发现按照该反应路线继续聚合可以得到规整有序的石墨烷材料。相关的研究成果“Pressure Induced Polymerization of Acetylene:Structure Directed Stereoselectivity and a Possible Route to Graphane”发表在近期的《德国应用化学》上(DOI:10.1002/anie.201702685)。
乙炔（C2H2）俗称电石气，是最简单的炔烃，工业上常用的氧炔焰正是利用了乙炔燃烧所放出的巨大的热量。乙炔在催化剂的作用下可以发生聚合生成著名的导电高分子聚合物。掺杂聚乙炔的发现开启了有机导电高分子的新纪元，并因此获得了2000年的诺贝尔化学奖。聚乙炔包含单双键交替的共轭结构，合成的聚乙炔常具有顺式和反式两种构型。二者在光学性质上差别很大，因此乙炔催化聚合中的一个重要问题是其顺反异构的选择性。
近年来人们发现，不使用催化剂而只施加压力也可以使乙炔分子晶体发生聚合，在低温下生成以顺式为主的聚合产物，然而已有研究所推测的反应机理都没有能够解释顺式聚乙炔为主的问题。
北京高压科学研究中心的李阔和郑海燕研究员所带领的科研团队运用高压中子衍射技术、中子原子对分布函数方法并结合分子反应动力学模拟，系统地研究了高压下乙炔分子的聚合反应过程。他们精确测定了乙炔分子反应前的晶体结构，表征了反应产物的结构。发现高压下乙炔分子沿特定方向聚合成顺式聚乙炔。此外，他们意外发现，沿该反应路径继续反应，可能得到石墨烷晶体；并由此预测可以在低温高压条件下合成石墨烷晶体。该研究不仅解释了乙炔高压下无催化剂聚合的选择性问题，而且为合成石墨烷及其衍生物等新型碳材料提供了新的思路。
该工作受到了国家自然科学基金及顶尖千人专项项目支持。
本文作者：Jiangman Sun, Xiao Dong, Yajie Wang, Kuo Li,* HaiyanZheng,* Lijuan Wang, George D. Cody, Christopher A. Tulk, Jamie J. Molaison,Xiaohuan Lin, Yufei Meng, Changqing Jin, and Ho-kwang Mao
链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/anie.201702685/abstract
团队介绍：北京高压科学研究中心（英文名Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research，简称HPSTAR），是以高压科学研究为牵引的多学科基础研究机构。中心总部位于北京中关村软件园，分部位于上海同步辐射光源和吉林大学。中心由中组部“顶尖千人计划”毛河光院士担任主任，借鉴美国卡内基-德国马普的精英科研管理模式，邀揽顶尖人才，提供长期稳定的支持，充分利用国内外的大科学实验平台，专心致力于高压科学与技术的研究，力争用较短时间在若干重大领域取得重要突破，打造未来世界压缩科学的研究中心。
高压化学研究组主要研究高压下特有的化学反应。通过外加压力使原子互相靠近、成键，研究反应机理和所生成材料的性质。主要运用原位谱学、晶体学手段，如拉曼、红外、同步辐射X射线衍射、中子衍射，测定反应前物质的晶体结构与官能团的状态；运用固体核磁、拉曼、红外、PDF、质谱以及晶体学等手段分析反应产物的结构；同时运用理论计算模拟、分析反应过程。工作的主要目标是发现、解释高压下特有的化学反应规律，并以此为指引合成新型材料，包括碳基电池材料、含能材料等。本课题组兴趣广泛，欢迎与国内外各领域前沿的科学家建立合作关系。
课题组链接：
http://hpstar.ac.cn/channels/161.html
导师介绍：
李阔
http://hpstar.ac.cn/contents/162/5720.html
郑海燕
http://hpstar.ac.cn/contents/162/5772.html
来源：高分子科学前沿
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