在分子尺度，高分子链的打结规律一直是学界摸不透的盲区：怎么打结、打成什么结、打结以后结在高分子链段的哪个部分、打结又是如何影响高分子链理化性质等问题，都缺乏清晰答案，尽管对结状高分子体系的理论模拟已开展了近60年，但是通过实验手段实现对高分子链结的精准、高效构筑以及直接观测却未能有效实现。分子结的精准和高效构筑和分子级精准表征是解析这一问题的关键。

近日，中国科学院上海有机化学研究所李霄鹏、复旦大学/华东师范大学张亮、香港城市大学代亮、英国曼彻斯特大学David A. Leigh深圳大学陈智联合研究团队在Nature Chemistry上合作以“Trefoil polymers from a knotted synthon”发表研究论文，发展了基于“结合成子（knot synthon）”的高分子结构筑策略。借助该策略，精准、高效地构筑出三叶结聚合物和环状拓扑异构体以及相应的线性聚合物，聚合链段涵盖聚苯乙烯（PS）、聚乙二醇（PEG）以及嵌段共聚物（PS-PEG），并系统剖析了拓扑结构的热性能、溶液行为以及表面构象的分布。依托高分辨基质辅助激光解吸飞行时间质谱技术（MALDI-TOF MS）和低温超高真空扫描隧道显微镜技术（UHV-LT-STM），对三叶结高分子结构进行了精准表征，并首次实现了其三种拓扑构象的直接成像观测。进一步结合表面统计分析与粗粒化模拟，研究揭示了不同构象稳定性差异的物理机制。

图1. 三叶结高分子结构及其STM成像。

该工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院、上海市科委、上海有机所以及金属有机全国重点实验室的大力资助和支持。

论文信息：（DOI）10.1038/s41557-026-02197-4

链接：https://doi.org/10.1038/s41557-026-02197-4

上海有机化学研究所分子尺度表征中心李霄鹏研究员团队（http://www.ms-labs.cn）长期致力于大分子、超分子等复杂结构的STM可视化成像以及超高真空表面合成与表征功能化碳基纳米结构（Nat. Chem.2020, 12, 468; J. Am. Chem. Soc.2020, 142, 9809; J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 1224; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 16559; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 22651; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 3131；CCS Chem. 2025, 7, 2381; J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 15873）。此外，团队还与上海光源等单位密切合作，承担了中国科学院B类先导专项项目，拟搭建全球首套“制备级质谱−扫描隧道显微镜−同步辐射X射线−针尖增强拉曼光谱”耦合的单原子谱学表征系统。

中心常年招收有机合成、超分子自组装、高分子材料、表面合成化学，扫描隧道显微学技术、质谱仪器研发、同步辐射X射线谱学等领域得博士生和博士后。团队设备先进，待遇从优，有意者请联系王老师（Email: hengwang@sioc.ac.cn）。