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Angew：蔣建中團隊在智能型表面活性劑方面的重要研究成果

來源：江南大學化學與材料工程學院      2022-11-17
導讀：近期，江南大學化學與材料工程學院蔣建中教授團隊在智能型表面活性劑的開發(fā)設計等方面取得突破性進展，在Angew. Chem. Int. Ed.上發(fā)表重要學術論文：“Charge Density Overcomes Steric Hindrance of Ferrocene Surfactant in Switchable Oil-in-Dispersion Emulsions(Angew. Chem. Int. Ed.2022, e202210050,https://doi.org/10.1002/anie.202210050)”，碩士研究生劉蕓姍、張豪杰、博士研究生張婉晴為論文的共同第一作者，江南大學崔正剛教授和英國Hull大學Bernard P.Binks教授為共同作者，蔣建中教授為論文通訊作者。
表面活性劑在日用化工、紡織、石油開采等領域有廣泛的應用，其對于穩(wěn)定乳狀液、泡沫等膠體分散體系具有重要作用，然而這種穩(wěn)定作用很大程度上取決于表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)。例如當表面活性劑頭基附近含有較大的剛性基團時，由于空間位阻效應，它們在界面上只能形成排列疏松的單分子層，即使在高濃度下也不能穩(wěn)定乳狀液或者泡沫。如何克服位阻效應，使其能在低濃度下也能穩(wěn)定乳狀液是一個挑戰(zhàn)性課題。

該課題組發(fā)現(xiàn)一種含有二茂鐵基團的“空間位阻”表面活性劑(FcN+C12)，其結(jié)構(gòu)能在單頭單尾型(FcN+C12)和雙頭單尾型(氧化態(tài)，F(xiàn)c+N+C12)間可逆轉(zhuǎn)變，其頭基附近的二茂鐵基團令該類表面活性劑在油/水界面上排列疏松，高濃度時仍無法實現(xiàn)乳狀液的穩(wěn)定。但在微量納米氧化鋁顆粒的協(xié)同作用下，F(xiàn)c+N+C12能在較低的濃度下穩(wěn)定oil-in-dispersion乳狀液，從而構(gòu)建了氧化-還原響應的智能型乳狀液。另一方面，通過改變體系的pH可以進一步實現(xiàn)oil-in-dispersion乳狀液與Pickering乳狀液的可逆轉(zhuǎn)變。
作者發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)c+N+C12與納米氧化鋁顆粒的濃度分別低至1×10-4mM和0.001 wt.%時即可穩(wěn)定oil-in-dispersion乳狀液，甚至可以形成高內(nèi)相乳狀液(HPIEs)。相比其他HPIEs，該體系具有乳化劑用量低、粘度小等優(yōu)點。
作者進一步探討了相關的作用機理。氧化后的二茂鐵基團增加了油滴表面的電荷密度，使油滴的界面電勢(j°)大幅提高，從而顯著增加了油滴之間以及油滴和顆粒之間的雙電層排斥作用，而相互排斥的納米顆粒分散于連續(xù)相中，構(gòu)建了較厚的界面膜，顯著降低了油滴間的范德華引力作用。在上述因素的綜合作用，F(xiàn)c+N+C12足以穩(wěn)定oil-in-dispersion乳狀液。
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表面活性劑FcN+C12結(jié)構(gòu)式及其氧化還原刺激響應示意圖
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oil-in-dispersion乳狀液和Pickering乳狀液可逆轉(zhuǎn)換及其制備聚合物微球
鑒于該乳狀液能在oil-in-dispersion和Pickering類型間可逆轉(zhuǎn)換，作者成功將其應用于聚合物微球的制備，分別得到具有光滑表面或嵌有顆粒的草莓狀聚合物微球。本文為設計和開發(fā)適用于oil-in-dispersion乳狀液的智能表面活性劑提供了新的思路，相關技術在乳液聚合、多相催化以及油品乳化運輸?shù)阮I域具有潛在的應用價值。
參考資料：https://news.jiangnan.edu.cn/info/1002/79255.htm


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