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本发明公开了一种以石墨烯/无水氯化镁为载体的双烯烃聚合催化剂及其制备方法和应用。所述双烯烃聚合催化剂包括石墨烯/无水氯化镁催化剂载体和催化活性组分，催化活性组分为Ziegler-Natta催化剂。所述双烯烃聚合催化剂经高能球磨原位反应工艺制备。本发明提供的石墨烯/无水氯化镁负载Ziegler-Natta催化剂催化效率高且生产方法易于工业化，制备的负载催化剂在烷基金属化合物助催化剂存在下可引发双烯烃-如异戊二烯聚合，得到石墨烯与聚异戊二烯的复合物。该方法得到的复合物中石墨烯分散更加均匀，复合物较其它Ziegler-Natta催化剂得到的聚异戊二烯具有更好的机械性能。

本发明涉及共轭二烯烃催化聚合技术领域，具体涉及一种铁系催化剂，由主催化剂和助催化剂组成，主催化剂为吡啶亚胺铁配合物，助催化剂为甲基铝氧烷，助催化剂中的铝元素与主催化剂中的铁元素的摩尔比为500:1。所述的铁系催化剂在异戊二烯聚合中的应用。本申请的铁系催化剂催化异戊二烯表现为较高的活性，得到的聚合物分子量高，分子量分布窄，同时聚合物的微观结构可通过主催化剂结构的裁剪进行调控，异戊二烯中顺式‑1,4结构所占比例可调范围为62.7%~86.7%，反式‑1,4结构所占比例可调范围为2.8%~8.2%，3,4结构所占比例可调范围为6.7%~34.5%。对反应温度不敏感。