突破传统高分子科学和材料科学，创制全新金属主链高分子材料体系
高分子材料在人类发展历史中发挥了至关重要的作用。5000多年前，人们开始使用桑、麻、蚕丝等天然高分子。1920年，Hermann Staudinger在《德国化学会会志》上发表了《论聚合》论文，提出“聚合反应是大量小分子依靠化学键结合形成大分子的过程”的假说，标志着高分子学科的建立。此后，高分子学科得到了迅速发展，塑料、橡胶、化纤等通用高分子材料不断涌现，对多个领域产生了革命性推动作用。上个世纪70年代，人们合成了主链具有共轭结构的导电高分子，颠覆了高分子都是绝缘体的传统观念，显著扩展了高分子的研究内涵和应用领域。纵观过去100多年高分子学科的发展，高分子仍主要以碳、氮、氧等非金属原子作为主链，高分子学科的理论都是建立在上述基础上。在元素周期表中，金属元素种类占据了已知元素的80%以上，但此前从未报道过主链全部由金属构成的高分子。我们突破了传统高分子学科范式，在国际上率先提出并合成出新型金属主链高分子。这类新型高分子的主链全部由金属原子通过化学键连接而成，具有独特的组成与结构，初步显示出优异的电学、电化学和光学性能。对新型金属主链高分子进行深入研究，有望在化学学科形成全新的研究领域，并在一定程度上重塑高分子学科的理论架构。
1、揭示金属原子连续稳定成键机制
合成出含三个镍原子的模型分子，并通过单晶结构解析发现其 Ni–Ni 间距显著短于金属镍晶体中的原子间距，初步验证了连续稳定金属键的可行性。进一步的理论研究揭示，随着主链长度增加，Ni–Ni 间距呈持续缩短趋势，金属键强度同步增强，为金属主链高分子的构筑提供了重要的理论依据。（Acta Polym. Sin. 2023, 54, 413.）
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2、率先提出金属主链高分子全新概念
基于 4-叔丁基杯[4]芳烃模板及聚氨基吡啶多齿配体，提出配体辅助的包缠络合策略，构筑出一维纳米级稳定框架，解决金属间弱相互作用难以形成连续成键的核心瓶颈。由此率先在国际上实现主链完全由镍原子共价连接的金属主链高分子的合成。（Chinese J. Polym. Sci. 2023, 41, 3）
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3、金属主链高分子的精准合成
精准合成是高分子科学的核心目标。通过偶联反应与保护基策略，发展逐步聚合法，实现配体链的可控延伸，并最终金属化得到具有严格主链长度控制的金属主链高分子，为结构—性能关联研究奠定基础。（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, 2216060）
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4、多种金属主链分子体系的普适构筑
现有金属主链体系长期受限于镍元素。我们提出基于配体交换的普适构筑策略，通过 CH₃CN、PPh₃ 等配体预处理金属盐，提高其氮配体可取代性和金属离子反应活性，从而成功拓展至 Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Pt 等多种金属主链分子，为不同金属主链高分子的体系扩展与性能增强提供了通用路径。(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202502327)
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5、基于镍金属主链高分子的高性能热电复合纤维
利用金属主链高分子一维单原子链结构的优势，发展剪切诱导取向方法制备金属主链高分子/碳纳米管热电复合纤维。金属主链高分子可降低碳纳米管缺陷密度并引发去掺杂效应，实现电导率与塞贝克系数同步提升，功率因子达到纯碳纳米管纤维的 3.5 倍。所构筑纤维可利用人体-环境温差稳定供能于可穿戴电子器件。（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202403415）
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6、具有独特光电特性的金属主链高分子
通过调控主链金属种类与链长，发现材料具有优异的溶液加工性及可调控的光电性质。基于此构筑高效钴金属主链光催化剂，实现 CO₂ 还原制乙醇 496.2 μmol g⁻¹ h⁻¹ 的效率记录；发展金属主链单分子器件，揭示其独特的忆阻行为，为原子级精度信息器件提供新范式。（Submission Preparation）
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相关论文：
[1] Yifeng Zhang, Kaiwen Zeng, Yanruzhen Wu, Fuyao Huang, Huisheng Peng*. Synthesis of Nickel-Backboned Polymers by Incorporating Triazine Groups. Sci. Bull., 2025, 70, 2223–2227.
[2] Yifeng Zhang, Kaiwen Zeng, Huisheng Peng*. Metal-Backboned Polymer: Concept, Advance and Perspective. Sci. China Mater., 2025, 68, 105–109.
[3] Kaiwen Zeng, Ning Wang, Zhijing Wu, Huisheng Peng*. Metal-Backboned Polymers: A New Concept for Thermoelectric Materials. Chem. Eur. J., 2025, 31, e202404798.
[4] Kaiwen Zeng*, Jizeng Liu, Zhijing Wu, Yedong Qin, Jiayi Shen, Fuyao Huang, Huisheng Peng*. A Material Viewpoint on Metal-Backboned Polymers. Adv. Mater., 2025, doi: 10.1002/adma.202509064.
[5] Yanruzhen Wu, Yifeng Zhang, Kaiwen Zeng, Xiangran Cheng, Jiatian Song, Huisheng Peng*. A General Strategy for the Synthesis of Metal-Backboned Molecules with Different Metals. Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202502327.
[6] Jia Ning Xu, Kai Wen Zeng, Yi Feng Zhang, Yi Bei Yang, Zi Wei Liu, Yue Liu, Jia Jia Wang, Kai Lin Zhang, Yan Ru Zhen Wu, Hao Sun, Hui Sheng Peng*. High Performance Microwave Absorption Material Based on Metal-Backboned Polymer. Chin. J. Polym. Sci., 2024, 42, 1881–1887.
[7] Ning Wang, Kaiwen Zeng, Yuanyuan Zheng, Hongyu Jiang, Yibei Yang, Yifeng Zhang, Dingke Li, Sihui Yu, Qian Ye, Huisheng Peng*. High-Performance Thermoelectric Fibers from Metal-Backboned Polymers for Body-Temperature Wearable Power Devices. Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202403415.
[8] Yifeng Zhang, Kaiwen Zeng, Yibei Yang, Weiqiang Tang, Huisheng Peng*. Quantum Chemical Calculation of Metal-backboned Polymer. Acta Polym. Sin., 2023, 54, 413–417.
[9] Kaiwen Zeng, Yibei Yang, Jianing Xu, Ning Wang, Weiqiang Tang, Jianchen Xu, Yifeng Zhang, Yanruzhen Wu, Yifei Xu, Guowei Wang, Peining Chen, Bingjie Wang, Xuemei Sun, Guoxin Jin, Huisheng Peng*. Metal-Backboned Polymers with Well-Defined Lengths. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202216060.
[10] Kaiwen Zeng, Huisheng Peng*. Metal-Backboned Polymer: Conception, Design and Synthesis. Chin. J. Polym. Sci., 2023, 41, 3−6.
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