凝胶乳液的可控自组装制备及其在高性能无机-有机纳米复合气凝胶创制中的应用

围绕"可控自组装体系及其功能化"重大研究计划的科学目标，立足实验室在胶体与界面化学、凝胶化学和有机-无机复合材料研究方面的积累，针对国际新一代航天航空材料-交联气凝胶研究，发挥合成+组装这一独特的创造新物质的化学学科优势，提出以基于小分子胶凝剂的油包水型凝胶乳液为模板，制备形状、密度和结构连续可调，且表面预留反应性基团的有机气凝胶；再以这些气凝胶为模板，通过界面组装在模板表面均匀涂覆难熔氧化物反应前躯体；最后经水解、缩合、干燥得到难熔氧化物化学包覆的无机-有机纳米复合气凝胶。预期这一新型气凝胶可以有效保留已报道交联气凝胶的优点，克服因有机物外露而使性能弱化的缺憾，从而开辟出一条由"组装基元-组装体-气凝胶-界面组装-化学转化-无机有机复合气凝胶"这样的从小到大从微观到宏观式物质创制新路径。很显然，此种努力对于创制新物质、实现新功能具有方法学上的原创性意义，无疑有助于重大专项科学目标的实现。

围绕《凝胶乳液的可控自组装制备及其在高性能无机-有机纳米复合气凝胶创制中的应用》项目任务书所确定的研究目标和研究内容，利用合成+组装这一现代新物质、新材料创制手段，以精心设计合成的小分子化合物为组装单元，创制具有优异性能的分子凝胶和凝胶乳液；然后再以这些凝胶和凝胶乳液为模板，通过聚合、复合等途径获得低密度多孔高分子材料和有机-无机复合材料；在此基础上，探索凝胶、凝胶乳液和低密度材料的可能应用。按照这一思路，在项目执行期间，精心设计合成了20余种新型小分子胶凝剂，通过自组装和控制组装，创制了200余种小分子凝胶，30余种凝胶乳液和10余种低密度多孔高分子和多孔无机-有机复合材料；发展了多种荧光分子凝胶，荧光凝胶薄膜，可再生高效油水分离材料--油海绵，低密度耐低温高强多孔无机-有机复合材料。. 概括讲，本项目贡献主要表现在：1）率先将小分子胶凝剂用于凝胶乳液创制；2）拓展了凝胶乳液概念，即分散相体积分数74%不一定是凝胶乳液形成的先决条件；3）创制了到目前为止见诸文献报道的力学强度最高分子凝胶，且该凝胶具有近乎完美的自愈合性质；4）开辟了一条由“组装基元-组装体-气凝胶-界面组装-化学转化-无机有机复合气凝胶”这样的从小到大，从微观到宏观式物质创制新路径。这种努力对于新物质创制、新功能实现具有方法学上的原创意义，对于《可控自组装体系及其功能化》重大研究计划科学目标的实现做出了实质性贡献。. 项目执行期间，申报发明专利9件，获批发明专利2件，发表研究论文26篇，应邀为Science China Chemistry撰写了专题评述，培养了3名博士和6名硕士。其中1篇博士学位论文获得2011年度全国百篇优秀博士论文称号，2篇博士学位论文分别获得2011和2013年度陕西省优秀博士论文称号。