中国科学技术大学高分子科学与工程系陈昶乐

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陈昶乐，中国科学技术大学教授，博士生导师，1982年8月生，山东烟台人。现为中国科学技术大学化学与材料科学学院教授，博士生导师。2005年获得中国科学技术大学学士学位，2006年和2010年分别获得美国芝加哥大学硕士和博士学位。自2010年7月起在美国西北大学进行博士后研究，2011年7月起在美国塞拉尼斯 (福布斯500) 公司担任Scientist II。陈昶乐博士自2005年以来开始从事催化反应以及烯烃聚合方面的研究。陈昶乐博士已在J. Am. Chem. Soc.，Chem. Soc. Rev. Chem. Eur. J.，Organometallics等国际期刊上发表SCI论文 40余篇 (其中第一作者或通讯作者论文30篇)。陈昶乐博士于2011年获得美国化学会 INORG Young Investigator Award，国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC) 研究奖-Honorable Mention，以及美国化学会邀请报告1次。


陈昶乐 教授
研究方向：催化剂与聚烯烃
联系方式
安徽省合肥市金寨路96号
中国科技大学环资楼726
高分子科学与工程系
办公室电话: +86-551-63601495
Email: changle@ustc.edu.cn

研究背景
2013年，教授， 博士生导师，中国科技大学
2011年-2012年，Scientist II，美国塞拉尼斯公司(福布斯500)，从事超高分子量聚乙烯，液晶高分子，聚苯硫醚，聚酯等先进工程塑料方面的研究。
2010年-2011年，博士后，美国西北大学化学系，导师：Tobin Marks 教授，从事双金属中心催化剂的合成及应用方面的研究。
2006年-2010年，博士，美国芝加哥大学化学系，导师：Richard Jordan 教授，研究过渡金属催化剂在烯烃聚合中的应用。
2005年-2006年，硕士，美国芝加哥大学化学系
2001年-2005年，理学学士。中国科技大学化学系，导师：陈乾旺教授 ，研究金属纳米材料的可控合成。


研究兴趣:
1、　  新型过渡金属催化剂的设计与合成
2、　  烯烃以及极性单体的聚合与共聚
3、　  CO2的催化转化，CO2在烯烃聚合中的应用
4、　  废旧高分子材料的转化与应用
5、　  新型润滑剂及润滑剂添加剂的开发


主要荣誉:
2016  中国化学会青年化学家奖
2016  Thieme化学期刊奖
2011  日本高分子科学协会 (国际领先的年轻科学家特约报告)
2015  国家自然科学基金优秀青年基金
2011  美国化学学会 INORG Young Investigator Award (金属有机领域两人入选)
2011  国际纯粹与应用化学联合会研究奖-Honorable Mention (金属有机，催化，以及高分子领域的唯一入选人)
2010 芝加哥大学Albert J. Cross (化学系最高荣誉)
2006 芝加哥大学Nathan Sugarman教学奖(化学系历史第一个荣获此奖的中国人)

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近日，中国科学技术大学陈昶乐教授团队在烯烃聚合方向取得重要进展。该成果以“A Versatile Ligand Platform for Palladium- and Nickel-catalyzed Ethylene Copolymerizations with Polar Monomers”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed杂志上。

聚烯烃一般是非极性的，因此染色、印刷等很多性质较差。因此，在聚烯烃链中引入少量的极性单体，可以极大的提高聚合物的一系列性质、拓宽其商业用途。作者希望通过设计过渡金属催化剂来实现烯烃与极性单体的配位共聚。这一过程的实现非常具有挑战性，也被认为是聚烯烃领域最后的“圣杯”之一。尽管经过几十年的研究，目前只有非常少量的催化剂体系可以实现烯烃与大宗极性单体（极性官能团直接连接在烯烃双键上）的共聚反应：比如二亚胺钯、膦磺酸钯、膦酚镍等。在这一领域中，绝大多数的工作都是围绕这些已知催化剂体系的改进，全新的催化剂体系的发展非常困难。

陈昶乐课题组在发展新型烯烃聚合催化剂方向进行了大量的工作，也积累了丰富的催化剂设计的经验。在一系列前期工作的基础上，他们提出了“ligand rigidity”以及“electronic-asymmetry”的组合策略，从而成功的设计出一系列五元环[P, P=O]钯、镍络合物。在乙烯与大宗极性单体共聚过程中，钯、镍催化剂均表现出优异的催化性能。所得共聚物具有较高的分子量，熔点以及较高的极性单体插入比。极性单体包括丙烯酸甲酯，丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯，乙烯基醚等工业上常用的极性单体。特别地，其中镍催化乙烯与极性单体共聚的工作是目前鲜有的报道。这一工作为新型催化剂的设计提供了一条新思路。

该项目得到国家自然科学基金 (NSFC, 21704094，51522306，21690071)的资助。

文章链接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201711753/epdf

sanpang

最近，中国科学技术大学陈昶乐教授课题组通过使用简单、商业化的环酰胺，如ε-己内酰胺、2-氧化吲哚等，与简单的醇盐，如甲醇钠、甲醇钾等结合，设计了一种新型的布朗斯特碱/路易斯酸双功能催化剂。通过选择合适的环酰胺，该催化剂能够高活性且可控地聚合L-丙交酯，得到聚乳酸，同时还能够催化ε-己内酯和δ-戊内酯的开环聚合，得到相应的聚酯。其中，环酰胺的环状结构有利于形成布朗斯特碱/路易斯酸协同催化体系，对于高催化活性的实现至关重要。作者还以环酰胺的pKa值作为定量指标，证明了催化剂的碱性强弱对于调节聚合活性及分子量分布的重要作用，同时发现2-氧化吲哚与醇钠的结合能够实现高活性、高可控性和选择性的L-丙交酯开环聚合(3min内，丙交酯转化率大于90%，分子量多分散指数小于1.1)。作者还对布朗斯特碱/路易斯酸双功能催化剂的形成机理作了进一步的探讨。

这一研究成果发表于美国化学会旗下的Macromolecules杂志上，论文第一作者为中国科学技术大学博士生谭忱，通讯作者为中国科学技术大学陈昶乐教授。

论文信息：

Chen Tan, Shuoyan Xiong, and Changle Chen*

Fast and Controlled Ring-Opening Polymerization of Cyclic Esters by Alkoxides and Cyclic Amides

Macromolecules, 2018, 51, 2048.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.7b02697

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中国科学技术大学陈昶乐教授发表论文综述：烯烃聚合研究进展

聚烯烃由于其优异的性质和相对低廉的价格，成为现代社会生活不可或缺的一种高分子材料。齐格勒和纳塔因为烯烃聚合催化剂方面的研究于1963年获得诺贝尔奖。此后，烯烃聚合的研究在学术界以及工业界都取得了巨大的成功。经过50多年的研究，烯烃聚合已是一个相对比较成熟、体系非常完善的研究领域，但在基础研究方面的突破非常困难，并且仍然存在着一些关键的、尚未解决的科学问题。

最近，中国科学技术大学陈昶乐教授受邀在《Nat. Rev. Chem.》发表Perspective文章，评述了烯烃聚合领域的一些研究进展。

聚烯烃领域的一个核心是新型、高性能催化剂的研究。在催化剂发展领域，传统的研究以“试错法”为主：在发现了有希望的催化剂候选之后，通过大量的电子与位阻调节来得到高性能的催化剂。这一过程耗时耗力，并且成功率很低。最近，一些替代的催化剂设计手段（alternative design strategies）为这一传统领域带来了新的活力：链穿梭聚合、相转移催化剂活化、金属-金属协同效应、链行走聚合、配体次级配位效应、配体-底物效应、金属-底物效应、氧化-还原调控等等。文章重点关注了这些新型设计手段在烯烃与极性单体共聚以及官能团化聚烯烃材料制备方面的应用。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41570-018-0003-0

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中国科大陈昶乐教授课题组：直接合成功能化线性低密度聚乙烯（LLDPE）及低密度聚乙烯（LDPE）

聚烯烃有着巨大的年产量及广泛的应用，但是与极性添加剂和其他类型聚合物的兼容性较差。在聚烯烃链上引入较少的极性功能化基团，便可以很大程度的改善兼容性，拓宽其应用领域。聚乙烯依聚合方法、分子量高低及微结构的不同可以分为很多种类，比如线型低密度聚乙烯（LLDPE），低密度聚乙烯（LDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）。现代的烯烃聚合催化剂对于乙烯聚合过程在分子层面上的控制，使得对聚烯烃材料的拓扑结构的精确控制成为可能。但是，将这一“可控性”拓展到乙烯与极性单体的共聚领域，从而实现具有不同拓扑结构的功能化聚烯烃材料的制备，非常具有挑战性。


在LLDPE链上引入极性基团的传统方法是使用前过渡金属催化剂及一些镍基催化剂，进行乙烯与含有极性基团的α-烯烃进行共聚。但是为了达到较理想的活性和较高的极性单体插入比，通常要使用大量的保护试剂及助催化剂。单一组分的过渡金属催化剂可以有效地避免这一问题，但目前报道的相关研究较少。系统化研究各种极性功能化线型低密度聚乙烯（P-LLDPE）更是鲜有报道。功能化的低密度聚乙烯（P-LDPE）的商业化制备是通过自由基共聚过程。但是对于一些极性单体，例如丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯及丙烯腈，它们的自由基聚合活性远高于乙烯。并且这一聚合手段与α-烯烃不兼容。P-LDPE的独特的结构特征导致通过过渡金属催化共聚来制备非常困难。Brookhart-类型的α-二亚胺钯催化剂在过渡金属催化乙烯与极性单体共聚领域具有里程碑式的意义。但是由于其独特的链行走机理，所制备的聚烯烃材料的支化度（>80/1000C）远高于工业自由基聚合手段所得到的LDPE及P-LDPE (20-40/1000C)。

近期，陈昶乐教授课题组通过催化剂的设计，可以在非常大的范围内调控聚合物支化密度（6-116/1000C），为实现后过渡金属催化合成P-LDPE创造了可能性。

他们通过使用磷磺酸钯催化剂以及一种特别设计的α-二亚胺钯催化剂，通过乙烯与极性取代的α-烯烃共聚分别合成了一系列的P-LLDPE及P-LDPE。另外，还实现了乙烯、1-辛烯与极性取代的α-烯烃的三元共聚。这些极性官能团的引入显著的影响了聚合物材料的力学性能及表面性能，更重要的是，这些极性基团为进一步的功能化提供了反应位点，可以进一步改善材料性能。这一系列的系统研究展示了通过催化剂的设计，可以有效的实现对乙烯与极性单体共聚过程以及功能化聚烯烃材料的拓扑结构进行调控。

这一研究成果发表于美国化学会旗下的Macromolecules杂志上，论文第一作者为中国科学技术大学博士生那银娜、代胜瑜，通讯作者为中国科学技术大学陈昶乐教授。

论文信息：

Na, Y. N.; Dai, S. Y.; Chen, C. L.* “Direct Synthesis of Polar-Functionalized Linear Low-Density Polyethylene (LLDPE) and Low-Density Polyethylene (LDPE).” Macromolecules 2018, 51,

10.1021/acs.macromol.8b00467.

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.8b00467

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新型调控手段在烯烃聚合以及聚烯烃材料制备领域中的应用

聚烯烃在我们的生活中无处不在，在薄膜、管材、板材、农业、包装、电子、电气、汽车、机械、电线电缆、医疗、军事等方面具有广泛的应用。聚烯烃目前全球年产量高达1.5亿吨，占全部塑料产量的一半左右，全球平均每人每年使用量超过20公斤。齐格勒和纳塔在烯烃聚合催化剂方面取得重大的研究进展，因而在1963年获得诺贝尔奖。此后，烯烃聚合的研究在学术界以及工业界都取得了巨大的成功。

中国科学技术大学的陈昶乐教授课题组致力于新型、高性能聚烯烃催化剂的设计，新型聚合手段的发展以及高性能聚烯烃材料的制备。最近，他们在ACS Catalysis 杂志上撰写Perspective文章，[1] 介绍了氧化-还原调控这一手段在烯烃聚合中的应用。通过使用具有氧化-还原活性的配体或者金属中心，人们可以有效地调节催化剂在烯烃聚合反应以及共聚反应中的性质，同时有效地调节所制备聚烯烃材料的微结构以及物理性质。作者还综述了氧化-还原调控手段在内酯类单体开环聚合以及环烯烃类单体开环复分解聚合中的应用。

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2018自然科学基金面上项目-外界刺激在内酯开环聚合中的应用
批准号        21871242        学科分类        生物微量元素化学 ( B010402 )
负责人        陈昶乐        职称                单位名称        中国科学技术大学
资助金额        65万元        项目类别        面上项目        起止年月        2019年01月01日 至 2022年12月31日

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中国科大陈昶乐教授系统评述：官能团化聚烯烃：新催化剂、新聚合调控手段、新材料

近50年来，烯烃聚合的研究在学术界以及工业界都取得了巨大的成功。聚烯烃年产量巨大、用途广泛，但是其最大的缺点之一是其非极性的特点。在聚烯烃中引入少量的极性官能团可以极大地改善其性质、拓宽其使用范围、提高其商业价值。通过过渡金属催化剂来实现烯烃与极性单体的共聚反应是合成官能团化聚烯烃材料最直接的途径。然而，目前已知的高性能的烯烃聚合催化剂数不胜数，但是其中能够实现烯烃与极性单体共聚反应的催化剂体系非常有限。而能够在温和条件且不添加助催化剂的情况下解决这一极性单体问题的体系更是屈指可数。并且，这些已知催化剂体系的性能远远达不到工业应用的需要。 因此，发展新型、高性能的催化剂就成为一个亟待解决的问题，这也是“极性单体问题”能否实现工业化的一个核心难点。

  2013年，陈昶乐教授回到中国科学技术大学从事独立的科研工作，主要针对“极性单体问题”这一具有挑战性的课题。五年内，他们发展了全新的催化剂体系，同时，也有目的、有针对性地发展了新型的调控手段，用于调节烯烃与极性单体的共聚反应过程。在发展新催化剂、新调控手段的基础上，他们同样成功地实现了乙烯与一系列不同极性单体的共聚反应，制备了一系列结构可控、性能优良的新型聚烯烃材料，并且详细研究了这些材料的性质。

  上述成果已经发表在《高分子学报》2018年第11期（doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2018.18155），题为“官能团化聚烯烃：新催化剂、新聚合调控手段、新材料”。此专论主要围绕以下这4个方面论述了陈昶乐教授课题组近几年来的工作进展：(1) 通过理性分析催化体系存在的问题来进行催化剂的设计，改进了已知的一系列催化剂体系；(2) 提出了新的催化剂设计理念并且发展了全新的催化体系；(3) 通过配体-金属次级配位调控，配体-底物效应调控和氧化还原调控的引入为烯烃聚合领域注入了新的思路；(4) 在上述研究的基础上，还合成了一系列具有独特微结构以及性能优异的聚烯烃和官能团化聚烯烃材料，这些材料具有很好的力学性能、表面性能和加工性能等。

  围绕这几个方面，这一领域仍然存在着很多关键的、尚未解决的问题，同时挑战与机遇并存。(1) 目前已知的催化剂体系在催化烯烃与极性单体共聚过程中的性质(活性、共聚物分子量、共聚单体插入比)仍然无法满足工业生产的需要；(2) 目前针对“极性单体”这一科学问题所设计的调控手段还非常有限，并且其调控效果还有待提高；(3) 催化剂、调控手段的研究必须转化为聚烯烃材料的高效制备以及性质的研究。对官能团化聚烯烃宏观性质上的研究有助于学术界尤其是工业界了解这一类新材料的独特性质，为它们可能的工业化研究奠定了基础。

  最后，专论进行了详细的总结与展望。聚烯烃领域的发展离不开新型催化剂的发展，催化剂依然是这一领域的灵魂。该课题组仍然会围绕“极性单体”这一极具挑战性的核心科学问题，致力于新型催化剂的创制、新型聚合调控手段的设计以及官能团化聚烯烃材料的制备等方面的研究。在这个过程中，他们希望能绕开盲目的“试错法”，有针对性地提出问题，解决问题，并提出、研究一些具有普适性的新型调控手段。除了基础研究，他们也特别希望特种的聚烯烃材料，如热塑性弹性体以及官能团化聚烯烃材料，能在工业上得到关注，并且进一步研究其工业应用的可行性。距齐格勒和纳塔获得诺贝尔奖已经50多年，所以烯烃聚合是一个相对比较古老的研究领域。但是由于聚烯烃巨大的年产量以及非常广泛的应用，其相关的研究仍然是非常重要、有价值的。

  该专论得到了国家自然科学基金(基金号 21690071)的资助。

  论文链接：http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/2018/11/PDF/gfzxb20180155chenchangle.pdf

moceng

 聚烯烃材料在过去的半个多世纪中得到了迅速发展，是目前产量最大、使用范围最广的高分子材料之一。然而，聚烯烃材料的非极性特征使其与极性化合物的相容性较差，从而限制了其在许多领域的应用。在工业上，为了实现聚烯烃的极性官能团化，通常采用聚合物后修饰法。然而，该方法具有反应不易控制、产物结构不明确的缺点，且容易导致聚合物的降解、交联等副反应。相比之下，烯烃与极性单体的共聚反应具有更加可控、产物结构更加明确、副反应相对较少等优点，是官能团化聚烯烃领域中的研究热点之一。

  在烯烃与极性单体共聚的研究中，新催化剂的研发是核心。中国科学技术大学陈昶乐教授课题组在新型钯和镍催化剂实现的烯烃与极性单体的共聚及官能团化聚烯烃的性能和应用等方面取得了一系列进展。最近，他们受邀在《Angewandte Chemie International Edition》杂志上撰写综述，介绍了最近几年新兴的钯和镍催化剂在烯烃与极性单体共聚中的应用（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 7192）。在钯和镍催化的烯烃与极性单体共聚领域，基于α-二亚胺配体的Brookhart型和基于膦磺酸配体的Drent型催化剂在二十多年的的时间占据了主导地位。虽然针对上述催化剂的结构修饰和改进的工作已经取得了大量的进展，但是仍然不能满足实际应用的需求。因此，引入新的催化剂设计策略，或在Brookhart型和Drent型催化剂体系的框架之外开发新型的高性能催化剂，成为重要的挑战之一。

  在本综述中，陈昶乐教授介绍了最近几年新兴的钯、镍催化剂在烯烃与极性单体共聚中的应用。一方面，本综述介绍了新的催化剂设计策略在提升Brookhart型和Drent型催化剂性能方面的应用，如第二层配位空间、大位阻薄荷型取代基的引入等等。另一方面，还重点介绍了在Brookhart型和Drent型催化剂体系框架之外发现的新型钯、镍催化剂研究在最近几年的重要进展，包括基于膦-膦氧型配体及具有刚性骨架的卡宾-氧配体的新型钯、镍催化剂催化的烯烃与极性单体共聚反应等。最后，陈昶乐教授还对新兴的钯、镍催化剂在烯烃与极性单体共聚及新型官能团化聚烯烃合成中的应用进行了展望。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201814634

  另外，陈昶乐教授课题组受邀在《Polymer Chemistry》杂志上发表综述文章，并被选为期刊背封面文章（Polym. Chem. 2019, 10, 2354）。该文章也入选了“RSC Spotlights initiative”。在综述中，他们首先简要地讨论了最新进展二亚胺镍和钯催化剂进行乙烯和α-烯烃的链行走聚合机理。然后总结了二亚胺镍和钯催化剂研究的一些最新进展。具体介绍了N -芳基取代基和配体骨架结构的修饰，以及双核配体的应用。研究了空间效应和电子效应对催化性能的影响。最后，讨论了近年来烯烃与极性单体共聚制备功能化聚烯烃材料的研究进展。即使经过二十年的广泛研究，由于其优异的性能和独特的性能，它们仍然具有很大的研究价值。相信将这种研究热情继续下去，我们将看到更多的新型金属烯烃聚合催化剂以及新型聚烯烃材料。

  论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/py/c9py00226j#!divAbstract

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近日，第九届中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖获奖名单揭晓，我院陈昶乐教授荣获该奖项。
        中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖由中国化学会和英国皇家化学会于2007年共同设立，表彰年龄40周岁以下，在化学基础研究、应用基础研究和应用研究诸领域取得突出成绩的中国化学会会员。自2022年起，该奖项每年启动推荐申报评选一次，每次授予4位获奖者。
        陈昶乐教授简介：
        陈昶乐于2005年获得中国科学技术大学学士学位，2010年获得美国芝加哥大学博士学位。在美国西北大学进行博士后研究后，于2011年起在美国塞拉尼斯公司担任研究员，2013年初来中国科大工作。陈昶乐教授已在Nat. Synth., JACS等国际期刊上作为通讯作者发表论文100余篇，申请专利100余项，授权64项。2015年获得国家自然科学基金优秀青年基金；2016年获日本高分子学会“International Leading Young Scientist Award”、中国化学会青年化学奖；2020年获IUPAC Young Polymer Scientist Award；2020年获得国家杰出青年科学基金。