近日，365英国上市集团官网化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心张琦、曲大辉、费林加、田禾研究团队在动态可循环聚合物方面取得阶段性进展，受邀撰写总结文章，以“动态聚二硫的可持续设计”为题发表于Acc. Chem. Res.。相关研究成果受到《人民日报》、《中国科学·材料》、《自然·纳米技术》等媒体和学术期刊广泛关注。
在高分子的概念被提出100周年之际，高分子工业正在经历从线性到循环的生产模式转变，这要求未来高分子材料在保持优异的力学性能的前提下，还需展现可修复、可再加工、易降解、可回收等特性，以实现全生命周期可循环利用的绿色塑料。利用动态化学键代替经典高分子中的不可逆化学键以赋予材料动态特性，这一策略被列为“未来绿色化学”准则之一，为设计未来可持续聚合物提供了动态化学解决方案。目前国内外课题组已开发出一系列具有代表性的动态分子基元及其功能材料，绝大多数仍处于概念验证的初期阶段，其一般设计策略是通过在传统聚合物的骨架基础上引入可逆化学键来赋予材料动态性。这样的“外源型”设计策略一方面会使材料的制备过程变得繁琐，增加合成成本，另一方面引入弱的动态化学键往往需要以牺牲一部分材料性能为代价。因此，如何发展制备简易、结构可扩展的分子基元，通过调控其可逆聚合与化学组装，构筑具有本征动态性、性能广谱可控的动态聚合物材料，是材料化学领域的重要研究方向。
在此背景下，团队成员于2018年在国际上率先提出了基于天然小分子硫辛酸的本征动态性来设计动态聚合物材料（Sci. Adv.2018, 4, eaat8192），即在一个结构简单的分子基元上集成了动态共价开环聚合（主链）与超分子非共价交联（侧链），以形成动态共价-非共价协同交联的超分子聚合物网络。随后，围绕硫辛酸基动态聚合物中的构效关系，通过侧链超分子工程策略调控聚合物网络结构与交联方式，发展了一系列基于硫辛酸的动态分子基元库，以此分别提出了“蒸发诱导界面自组装”（JACS, 2019, 141, 12804）、“离子簇协同非共价交联”（ACIE,2020, 59, 5278）、“网状氢键交联”（Sci. Adv.2022, 8, abk3286）、“正交动态共价交联”（ACIE,2022, 61, e202209100; 2025, 64, e202424147）等超分子组装交联策略，实现了对硫辛酸均聚物、共聚物等系列材料力学性能的广谱调控（Nat. Comm.2024, 15, 3855），成功将硫辛酸动态聚合物的杨氏模量从软物质（< 100 KPa）拓展至弹性体（MPa）以及工程塑料（GPa）级别（Sci. Adv.2026, 12, aea8130），突破了动态聚合物的力学瓶颈，实现了力学性能与动态功能在单一材料中有效兼顾。
在动态二硫聚合物的可控合成与组装方面，在国际上率先报道了“酸催化二硫可逆开环聚合”（ACIE,2023, 62, e202215329），填补了聚二硫在阳离子聚合方法上空白，实现了超快、无需惰性气体保护的二硫开环聚合，将聚二硫的分子量提升到百万级别。通过单体预组装晶体工程调控策略，开发了“二硫拓扑单晶聚合”（JACS, 2025, 147, 42743）的晶态合成新方法，合成出了首例单晶聚二硫（CCDC: 2479995），推动聚二硫迈向原子精准可控合成。进一步协同非共价组装与动态共价聚合，合成了在溶液中能够像生物大分子一样发生可逆构象折叠的螺旋聚二硫（Nat. Chem.2025, 17, 1462），并将聚合物的动态折叠（构象）与可逆聚合（构型）协同到一个平衡体系，定量描述了动态共价-非共价相互作用的协同性，为双动态化学系统的可预测热力学模型奠定了理论基础。该工作入选Nature Chemistry期刊当期封面，并受《人民日报》撰写科普文章，以“造小的艺术，用分子构筑新材料”为题，发表于2025年12月22日“国际科技前沿”板块，通过简单易懂的语言，向公众介绍了在分子尺度调控组装结构及其功能的科学前沿，并结合近期几次诺贝尔化学奖的主要内容，强调分子尺度的“造小”并不止步于科学艺术的欣赏，也可以产生改变人类社会未来的变革性技术。
面向未来全生命周期可循环聚合物材料，团队人员提出利用硫辛酸分子中二硫五元环的动态可逆开环聚合，设计闭环化学可回收聚合物材料。利用以稀碱水溶液作为绿色溶剂，在室温下实现聚合物完全降解，并通过酸化抽滤的方法实现高产率（超过80%）回收高纯度单体，并在两种不同性质和用途的功能聚合物之间实现“一种单体-两种材料”的双闭环化学回收（Matter, 2021, 4, 1352; JACS, 2022, 144, 2022）。最近，团队人员通过引入侧链氢键组装的诱导作用，在材料体相实现聚合物到单体的无溶剂、无催化剂定量解聚和化学回收，以此提出“超分子化学回收”新概念（Nat. Nanotech. 2025, 10.1038/s41565-025-02041-9），强调利用非共价组装为热力学驱动力，驱动聚合物到单体的自发转化，克服了传统熵驱动化学回收技术依赖溶剂或高温的难题，为动态聚合物的低碳回收提供了超分子解决方案。该工作入选Nature Nanotechnology期刊当期封面，并受到美国科罗拉多州立大学Eugene Y.-X. Chen教授、西班牙巴斯克大学Haritz Sardon教授分别在《中国科学·材料》、《自然·纳米技术》撰写Highlight文章，评价为：“这个工作将Aida和Meijer提出的超分子聚合物概念推广到可实际应用的范畴。作为首个可以在固态下、无溶剂、无催化剂回收的合成高分子，这种超分子方法为开发节能、可回收且高机械强度的材料奠定了基础，这些材料有可能重新定义（redefine）可持续聚合物科学的格局”。
对于聚二硫可循环聚合物材料的未来展望，文章在末尾提出了一系列未来设想，讨论了该领域的机遇与挑战，强调未来应当持续探索超分子化学和动态共价化学的“界面”，并预言未来共价聚合物与超分子聚合物的边界将逐渐被模糊，协同非共价键与动态共价键有希望能够突破经典化学材料设计的键能上限，超分子化学的新时代——超越价键的分子工程（Supra-COME: Supra-Covalent de novo Molecular Engineering）——正在来临。
该工作受到了国家自然科学基金委卓越研究群体计划“功能体系超分子工程”的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.accounts.5c00689
媒体链接：https://www.peopleapp.com/column/30051035173-500007268738
亮点报道链接-1：https://www.nature.com/articles/s41565-025-02048-2
亮点报道链接-2：https://link.springer.com/article/10.1007/s40843-025-3855-8