聚合物是具有多层次结构的高分子量化合物。聚合物结构包括化学组成、序列结构、拓扑结构以及聚合物链构型和构象。聚合物链结构方向的主要研究对象是分子链的化学组成与链段结构、分子量与分子量分布；序列结构是指聚合物链中不同单体单元在高分子链上的连接顺序；拓扑结构方向的主要研究对象是具有非线型链结构的聚合物和共聚物，如星型、树枝型、梳状、环状等聚合物；构型和构象主要指聚合物链的立体结构、立构规整度等一级结构和聚合物螺旋构象、折叠构象等二级结构。聚合物的结构调控是阐明结构与性能关系的基础，是制备性能优异聚合物材料的保障，是创制新型聚合物材料的关键。
聚合物结构的调控被认为是高分子合成领域的“圣杯”，是聚合物材料专用化、系列化、高性能化的关键。近 10 年本领域的研究主要聚焦以下几个方面。
聚合物化学组成控制
聚合物的化学组成决定了聚合物的基本性能和应用领域与场景，如聚烯烃和聚四氟乙烯、聚酰胺、聚酮、聚酯等在性能上表现出极大的差异，从而能够满足各式各样的需求。近年来相关方向研究的热点主要集中在发展新单体，如使用二氧化碳、烯基醚、环氧、酸酐、生物基单体、硫代酯等合成聚碳酸酯、可降解聚酯、聚醚、聚硫代酯等新型聚合物；发展新的催化剂体系，通过单体的选择和聚合工艺改变实现共聚合控制聚合物的化学组成，调控聚合物性能；运用新的有机合成反应，通过单体及反应设计，发展高效便捷、环境友好的新型多组分聚合反应，在聚合物元素组成、基元化学结构、功能基元连接方式等方面进行调控，实现大量结构新颖的聚合物库的快速高效构筑等。
聚合物序列结构控制
单体的序列结构对聚合物性能有着重要的影响，如自然界中的生物大分子拥有精密的序列结构和立体结构，从而拥有了精准的有序高级结构及丰富多样的功能。发展序列可控聚合物的高效合成方法，研究聚合物序列结构与性能关系具有重要意义。近年来研究热点包括利用活性/可控聚合方法实现聚合物链中的单体种类、嵌段数目与长度、拓扑结构、分子量与分布的高效调控；发展迭代多步增长方法，结合高效的偶联反应、正交的保护基策略或者特殊的无保护反应性功能基团设计，实现聚合物的单体序列、立体结构、分子量及其分布的精确控制；研究聚合物序列结构与材料结晶性能、热稳定性、加工性能、亲疏水性、力学性能、电光性能、自组装与自修复性能、降解性能、刺激响应性、生物相容性等的构效关系，发展新型功能聚合物材料。此外，发展新的表征手段准确表征聚合物的序列结构，例如，建立串联质谱等测序表征手段也是重要的研究方向。
聚合物构型/构象控制
聚合物的构型/构象对其密度、玻璃化转变温度、力学性能、热性能、电光性能以及结晶行为等都具有重要影响，因此如何利用催化体系精准调控聚合物的立构规整度和构象，具有重要的理论研究意义及实际应用价值。近年来的研究主要集中在以下几个方面：发展新型催化剂体系，实现烯烃及其衍生物、环状内酯等的立构规整性聚合，合成高等规或高间规的聚合物；发展新型手性催化剂，利用潜手性单体实现不对称聚合，或利用消旋单体通过不对称拆分聚合，或设计合成手性单体聚合制备手性聚合物；在聚合物构象的调控方面发展螺旋选择性聚合和过程，通过非手性单体制备得到具有螺旋构象的聚合物。
WoS论文统计数据（见
表1）可在一定程度上揭示该领域的研究体量。中国该领域的论文数量在2010－2014年和2015－2019年两个5年期的排名没有变化，位居前列；从表征学术影响力的被引频次来看，中国两个5年期相比排名前进1个位次；中国的高被引论文数量前后两个5年期相比也有所进步，从83篇增加到255篇，排名也进步了1个位次。总体而言，中国在该领域的论文产出具有规模优势，但其被引频次领先于美国的程度（2015－2019年约为美国的1.7倍）低于其整体论文产出（同期约为美国的2.1倍），可从一定程度上反映出中国该领域学术影响力的发展滞后于论文产出规模。
近年来，中国在聚合物的结构调控领域取得令人瞩目的成就，特别是在可闭环循环聚合物、可降解塑料、多组分聚合产物、烯烃聚合物等结构调控与产业化应用方面，中国科研人员取得了一批令国际同行瞩目的研究成果。
在聚合物化学组分控制方面，主要聚焦在通过单体的设计和选择以及共聚合等手段创制新型聚合物材料。中国多项研究处于国际先进水平，部分成果达到国际领先水平。例如，王玉忠等在可化学循环生物降解聚合物的制备、应用和高效回收方面做出系统全面的工作并实现了应用。王献红等创制的高分子量二氧化碳共聚物已实现规模化应用。李志波等实现批量化学法合成高分子量聚丁内酯和完全端羟基封端的聚丁内酯低聚物。张兴宏等合成了可降解聚酯、聚碳酸酯和聚硫酯等。陶友华等在利用生物基来源的O-羧基环内酸酐单体合成了能够闭环循环的聚硫交酯和手性聚氨基酸衍生物。吕华等实现了生物基聚硫酯在温和条件下的完全解聚与单体回收。洪缪等发展了一种新的五元环单体不可逆开环聚合新策略等。李悦生、陈昶乐、崔冬梅和唐勇等在乙烯与极性单体，特别是大宗极性单体如丙烯酸酯和丙烯酸等共聚合方面取得了重要突破。
在聚合物序列结构控制方面，多项研究成果水平处于国际前列。如唐本忠、胡蓉蓉等发展了丰富的多组分聚合反应，并制备了高分子量且结构明确的聚炔胺、周期性序列可控的线形和超支化聚四氢嘧啶。洪春雁等人发展了串联的多组分聚合策略，快速制备出含有五组分重复单元的周期性序列可控聚合物。张正彪等人建立了基于马来酰亚胺化学的高分子序列调控策略，实现了序列精确高分子在信息存储领域的应用。李悦生等发展了“自切换”聚合新方法，从多组分杂环单体直接制备序列可控的多嵌段共聚酯材料。李子臣等将Passerini多组分反应用于主链型聚酯酰胺的合成，制备了系列周期性序列可控聚酯酰胺。张越涛等人利用高活性和高稳定性的受阻Lewis酸碱对体系，合成了嵌段序列可控聚丙烯酸酯，并探究了序列结构对聚合物热性能的影响。王庆刚发展了新型催化剂体系，实现了异戊二烯聚合连接方式的改变，创制了高性能支化丁戊橡胶新材料，即将进行生产示范。唐勇、孙秀丽等发展了调控乙烯聚合物拓扑结构的高效催化剂体系，创制了新型润滑关键材料等。
在聚合物构型/构象控制方面，中国取得了多项很有特色的研究成果，部分成果国际领先。如陈学思等在聚乳酸的立构选择性聚合方面取得突破，实现了聚乳酸的合成与产业化应用。吕小兵等利用多手性中心诱导和双金属协同催化，高选择性获得系列呈完全交替结构的主链手性聚碳酸酯、聚硫代碳酸酯和聚酯。宛新华等实现立体选择性结晶抑制剂和光学活性螺旋聚合物的高效制备，建立顺-顺螺旋聚苯乙炔及其共聚物的高效合成方法。吴宗铨等利用非手性异腈单体、重氮单体和联烯单体的活性聚合制备了光学活性螺旋聚合物和嵌段共聚物。李悦生等利用烯烃-非共轭双烯硅烷创制了高等规度、高熔点的低介电新型聚环烯烃材料。崔冬梅等实现了共轭二烯区域与立体选择性聚合获得高性能橡胶以及苯乙烯类衍生物完美间同与等规聚合获得功能化工程塑料及弹性体。廖赛虎等人发展了控制阳离子聚合立构规整性的新方法等。
聚合物结构的精准调控是高分子化学中前沿和最具挑战性的方向，尽管已取得重大突破，但还有很长的路要走。一方面聚合物材料专用化、系列化和高性能化的发展趋势对聚合物结构控制提出了新的挑战，另一方面聚合物结构的复杂性对聚合物的结构表征也提出了更高的要求。该领域目前面临以下挑战：（1）缺乏对聚合物结构，特别是对多重结构的精准控制的方法；（2）聚合反应单体有限，对聚合物结构的控制局限较大；（3）缺乏聚合物结构的精确表征方法；（4）对聚合物序列结构与性能构效关系的理解不够，尚难精确设计材料功能。
未来聚合物材料的发展将更加关注功能，更加强调绿色环保，更加注重实用。由于聚合物的结构与材料性能密切相关，聚合物的结构调控充满机遇和挑战，亟需通过聚合物结构与功能、材料物理与加工等交叉研究推动聚合物化学、聚合物物理以及聚合物加工相关理论的发展，实现聚合物新材料的创制。针对上述聚合物材料的发展趋势和聚合物结构控制所面临的挑战，未来聚合物结构控制将聚焦以下几个方面：（1）开发高效、高选择性催化剂体系，发展对聚合物的化学组成、链结构、序列结构、构型与构象控制的方法，实现对结构多样性聚合物的简洁、高效合成；（2）设计开发具有重要应用前景的单体，尤其是生物基来源的单体或二氧化碳，发展可降解聚合物和易闭环循环回收的聚合物材料，从根本上解决白色污染问题，助力“双碳”目标的实现 ；（3）结合AI技术的发展，建立合成与结构、结构与功能的逻辑关系，实现“功能—结构—合成”一体化设计制备，加速聚合物新材料的创制；（4）发展聚合物结构表征的新技术和方法，促进聚合物新材料的开发。
聚合物结构控制的科学与技术是创制聚合物新材料的核心，强化聚合物材料在相关领域的基础研究是我国聚合物材料实现跨越式发展的关键，需要加以重视，加强部署。
☆本文源自国家自然科学基金委员会政策局2022年6月完成的《学科发展态势评估系列研究报告》之《化学十年：中国与世界》
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