基于双重刺激响应型表面活性剂的智能自组织体系研究

The adjustment and control of the structures, properties, and functions of surfactant molecules and their aggregates is one of the hottest topics in surfactant area. The traditional methods include changing temperature or adding chemicals such as acids, bases, salts and co-surfactants. The latter, however, will inevitably increases chemical release and pollution, and by which it is difficult to realize a reversible adjusment or recycle of surfactants in relative systems. This project tries to design and synthesize a new serial of dual stimuli-responsive surfactants with two triggers, CO2/N2 and light, in one surfactant molecule, by using tertiary amine, amidine or guanidine as the precursors of the hydrophilic groups and azobenzene or coumarin as parts of hydrophobic groups. The surface activity and other properties of the surfactants can thus be primarily controlled by CO2/N2 trigger, and secondly by light trigger. Dual adjusment and control to surfactant molecules can then be realized. Furthermore the dual responsivity of the self-assembly aggregates both at the interfaces and in aqueous solutions of these surfactants and their mixtures with another surfactants, as well as the switch transfer character of these surfactants via interaction with nanoparticles and other surfactants will also be studied, by which a series of dual stimuli-responsive,reversible and greenly adjustable and controlable new smart systems (micelles, vesicles,and foams etc.) will be established.The results will provide some significant fundamental knowledge of stimuli-responsive surfactants and better understanding of application value for the surfactants.

表面活性剂分子及其聚集体的结构、性质和功能的调控是当前研究的热点之一。传统调控方法一般是改变温度或者添加化学物质如酸、碱、盐以及助表面活性剂等，后者不可避免地增加了化学物质的排放和污染，并且难以实现可逆调控和表面活性剂的简便分离。本项目拟设计、合成一系列在分子结构中同时含有CO2/N2响应基团和光响应基团的新型CO2/N2-光双重刺激响应型表面活性剂。利用CO2/N2开关对表面活性剂的表面活性进行一级调控；利用光刺激对疏水基进行二级调控，从而实现对表面活性剂及其聚集体的双重调控。进而研究该表面活性剂及其复配体系在界面和溶液中自组织体的形成、结构和双重响应特性，在此基础上构建具有双重响应、能够实现可逆变化和绿色调控的智能体系(如胶束、囊泡、泡沫等)。研究结果对丰富刺激响应型表面活性剂以及开拓新的应用领域具有重要的科学意义。

刺激响应型表面活性剂在受到环境刺激后分子结构发生某种变化导致其表面活性和自组装行为发生变化，从而在催化化学、材料制备、物质分离、生物医药等领域有着重要而广泛的用途。因此，刺激响应型表面活性剂分子结构设计及其响应机制的研究是近年来的一大热点。目前已经报道的响应机制主要有pH响应、电化学响应、氧化还原响应、光响应以及CO2/N2响应等。通过上述刺激响应机制，一般只能使表面活性剂在“开”(有表面活性)和“关”(无或弱表面活性)两种状态之间转换，但不能对其应用性能如润湿、乳化、发泡性能以及自组装行为如胶束大小和结构等进行更精确的调控。本项目通过表面活性剂分子结构设计，合成了一系列在分子结构中同时含有CO2/N2响应基团和光响应基团的新型多重刺激响应型表面活性剂，掌握表面活性剂的表面性能、开关性能、界面吸附及其自组装行为的构效关系。利用CO2/N2开关对表面活性剂的表面活性进行一级调控，利用光响应基团对疏水基进行二级调控，从而实现对表面活性剂分子的双重调控。进而研究该表面活性剂在界面和溶液中的自组织体和与另一个表面活性剂的混合自组织体的形成、结构和行为的双重响应特性，以及该类表面活性剂与纳米颗粒的相互作用和开关转移特性，在此基础上构建具有双重响应性、可逆变化和绿色调控的新的智能体系(如胶束、泡沫等)。通过CO2、光、电、pH 、氧化还原等具有多重刺激响应的表面活性剂及其自组装体的系统研究和机理探究，实现体相(原位疏水化作用)与表相(流体界面的自组装)、静态(吸附)与动态(自组装)以及颗粒表面活性的多重智能调控调控。. 在国家自然科学基金的资助下，共发表标注论文19篇，其中在Angew. Chem.等国际顶级期刊发表标注SCI论文17篇，研究工作受到国内外同行的关注和正面评价，获得中国发明专利授权5项，相关成果如《固体颗粒乳化剂催化废弃油脂制备脂肪酸甲酯关键技术集成与示范》获得中国轻工业联合会科技进步奖一等奖(1/6)等省部级科技奖励4项，出版译著《表面活性剂与界面现象》一本(化学工业出版社，2/2)。