大自然通过简单有限的构筑基元创造了无数结构复杂且功能精妙的物质。这些物质具有完全相同的化学组成，但几何结构各不相同，因而具有截然不同的性质及功能。例如，从D-葡萄糖出发，通过α-1,4-糖苷键可以形成具有螺旋构象的直链淀粉；通过β-1,4-糖苷键连接则形成平面构象的链状纤维素（图1a）。而在合成大分子领域，由于缺乏类似的高效构筑策略，合成大分子的结构多样性和功能复杂性相比于生物大分子仍具有巨大差距。因此，基于相同结构基元，开发构筑不同几何结构大分子的合成方法，以及实现相应大分子结构的可视化表征，具有重要意义并极具挑战。

近日，深圳大学化学与环境工程学院李霄鹏特聘教授与王恒副教授团队在化学权威期刊J. Am. Chem. Soc.（影响因子16.38，中科院JCR一区，TOP期刊）在线发表了以“Precise Synthesis of Concentric Ring, Helicoid, and Ladder Metallo-Polymers with Chevron-Shaped Monomers”为题目的研究论文。实现了基于相同构筑基元，不同几何结构大分子的精确构筑与可视化表征。

图1. (a) 天然多糖的结构；(b) 本项工作的设计思路

研究团队设计了“Chevron”形状的四臂单体，通过选择性的官能团脱保护，利用分步聚合的方法，有效调控了单体间成键顺序，高效制备出具有不同几何结构的大分子，包括同轴六元环分子C、螺旋面聚合物H、梯形聚合物L以及交联聚合物B（图1b），并利用扫描隧道显微镜（STM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等显微成像技术对不同大分子的几何结构进行了可视化表征（图2）。值得一提的是，该研究团队利用这些具有相同化学组成的大分子，探索了其分别与碳纳米管的主客体作用，并证明了这些合成大分子与碳纳米管之间的结构依赖关系。

图2. 大分子C (a-c)、H (d-k)、L (l-p)的结构模拟及可视化表征

该研究得到国家自然科学基金、深圳市科技创新委员会基础研究项目、中国博士后科学基金等项目资助。深圳大学李霄鹏教授、王恒副教授为共同通讯作者，苏峰博士为第一作者，硕士研究生张顺然参与了合成工作，陈智副研究员指导了STM表征工作。全文链接见：https://doi.org/10.1021/jacs.2c06251.