基于光响应偶氮苯咪唑离子表面活性剂的介孔材料动态可控制备

For the urgent need of various applications, it’s an extremely important and challenging research subject to prepare mesoporous materials with high efficiency and controllability. This application aims to develop a highly controllable method to prepare mesoporous silica materials based on photo-control mechanism. With in situ monitoring, configuration of azo-surfactants is adjusted by photo-isomerization to manipulate micelle assembly and then mesopore formation efficiently and accurately. To establish this method, we will synthesize a series of azobenzene imidazolium surfactants, study the relationship between their colloidal chemistry and photo-isomerization activities. Detailed operation schemes of photo-control and in situ monitoring will be established based on classical hydrothermal and EISA method. And the approach towards multi-structure mesoporous membrane will be explored with photo-control methods above. This research will find a dynamic route to efficiently and accurately controllable preparation of mesoporous materials with outer energy field, and lay a foundation of rational and designable fabrication of mesoporous materials. On the other hand, this research will enrich the knowledge of photo-responsive surfactant and the mesoporous formation mechanism. It will also provide valuable information to manipulate other application of surfactants by the means of outer energy field control.

为响应各种应用的迫切需要，高效可控地制备介孔材料是一项十分重要且极具挑战性的研究课题。本项目拟发展一种基于光调控的介孔二氧化硅材料动态可控制备方法：通过光致异构作用改变偶氮光响应表面活性剂的分子构型，在实时原位监测的辅助下，动态地调控表面活性剂胶束组装，使生成介孔孔道结构获得高效精确的控制。围绕此目标开展：开展系列偶氮苯咪唑离子表面活性剂分子的设计合成；研究该系列分子光致异构行为与胶体化学性质之间的关系；分别在经典水热合成法和EISA合成法的基础上，建立实施光调控与原位监测的具体方法；探索光调控合成多结构组合介孔薄膜材料的方法。本项目的设立和开展，将探索出一条利用外场动态地对介孔材料制备进行更高效精确控制的新途径，为介孔材料理性、设计性合成奠定基础。另一方面，将丰富对光响应性表面活性剂组装行为的理论认识，更深入地认识介孔材料合成机理，为探索利用外场调控表面活性剂的其他应用提供有价值信息。

为响应各种应用的迫切需要，利用多种外场高效可控地制备介孔材料是一项十分重要且极具挑战性的研究课题。针对此问题，本项目基于偶氮苯咪唑离子表面活性剂（AzoIm-Surf）开展了一系列工作。主要工作有：.（1）AzoIm-Surf的合成与胶体化学性质表征。合成了一系列对抗阴离子不同，疏水烷基链长度不一，苯环上官能团不同的光响应偶氮苯咪唑阳离子表面活性剂。通过紫外-可见光谱、表面张力法、电导率法、芘荧光探针法、荧光光谱来分析表面活性剂的光化学及胶体化学性质。这一新型表面活性剂的胶体化学性质展现出光响应性质，表面张力和临界胶束浓度均随着紫外光照降低。.（2）基于蒸发诱导自组装方法以AzoIm-Surf多响应性制备层状介孔SiO2复合材料的合成与调控。在构建二氧化硅/表面活性剂复合纳米片层的过程中，可以基于偶氮苯咪唑光致顺反异构，调节两种介观结构的组成比例。基于偶氮苯类化合物的热、力响应性，对片层间距结构进行了动态及可逆的调节。.（3）通过使用偶氮苯咪唑表面活性剂对氧化石墨烯进行修饰，得到了石墨烯插层复合材料。氧化石墨烯与偶氮苯咪唑表面活性剂组分之间的强相互作用诱导了有序均匀的层状结构。偶氮苯咪唑的多重响应性与GO结合之后被保留在GAI复合材料的性能中。具体表征了光响应、热响应、力学响应等特性。并研究了GAI中的GO热还原过程中的受控能量释放。以及用于GAI用于光控电化学储能的应用。运用类似的方法，分别选取ZnO、La-MOF、丝素蛋白（SF）为三类材料的例子，制备合成了超薄片层。.（4）在偶氮苯咪唑离子合成过程中产生偶氮苯咪唑中间产物，这一中间产物兼具光致异构效应与金属离子配位性质。利用这两点性质，我们构建了一种新型基于接触角的传感阵列系统。. 对于偶氮苯咪唑离子表面活性剂的深入认识，将为多响应性的胶体-溶胶-凝胶化学体系的构建提供丰富的可能性。