可控表面性质的纳米片制备及性能研究

表面具有不同性质(Janus)的纳米片将两种不同（甚至相反）功能、性质集成于一体，表现出许多新性质，在自组装、界面化学、多相多组分复合材料、催化等诸多领域具有潜在应用前景。针对目前难以大量制备Janus纳米片的关键科学与技术问题，本项目提出以核-壳结构复合物为基础大量制备纳米厚度可控的Janus片的新思路：通过模板制备核壳结构复合物，通过对壳层外表面改性、壳层破碎、壳层内表面改性等系列步骤，得到组成、尺寸可控的纳米级Janus片；通过在特定阶段与纳米颗粒、聚合物等功能(磁、电、催化)物质复合，实现Janus纳米片的复合功能化。研究Janus纳米片的性质（如诱导取向、组装等）；进行Janus片的应用研究，如乳化、对聚合物的增强、增韧；重点合成具有高强、高韧性能的高分子A/Janus纳米片层/高分子B交替复合层状结构材料，实现仿生结构（如贝壳结构）的人工构筑，为进一步实际应用奠定基础。

该课题的主要目的是探索Janus纳米片的合成，特别是大量制备方法。围绕这一主题，我们开展了通过核壳结构制备Janus 纳米片的研究，提出了两条制备Janus纳米片的路线：（1）通过对聚合物为核的核壳结构溶胀和壳层破碎过程的控制，制备了凸起可控的Janus颗粒，结合表面改性技术，实现了Janus纳米片的制备；（2）通过对液体为软模板的核壳结构的生长和破碎过程控制，一步制备了Janus中空球和Janus纳米片，实现了大量制备。.在核壳结构微球的研究路线中，重点研究和控制了核的溶胀挤出过程，获得了可控凸起的Janus颗粒；通过溶胀挤出-溶解-破碎过程的控制，实现了Janus 凸起颗粒-空心球壳-纳米片的物质转化。通过合成不同壳层物质的核壳结构，从而控制纳米片的组成并获得具有夹芯结构的纳米片；通过不同直径与壳层厚度的核壳结构，实现纳米片曲率与厚度的控制；通过壳层破碎过程的控制，实现纳米片尺寸的调节；结合表面改性技术，制备出系列内外表面性质不同的Janus纳米片，实现表面性质控制。.在乳液液滴为模板制备Janus纳米片的研究路线中，通过诱导具有不同化学基团的硅前驱体在乳液界面进行溶胶-凝胶和自组装，一步制备出表面性质不同的核壳结构微球。通过调节硅前驱体，实现了壳层结构颗粒状-圆葱状-中空球的转化；壳层结构还可以根据表面活性剂变化从致密到多孔发生转变；Janus中空球壳的厚度可通过改变反应物浓度进行调节；通过表面活性剂和油水体系的设计，可直接实现Janus 中空球表面化学性质调控与转变，从而控制Janus 纳米片的表面性质。.研究了Janus颗粒及Janus纳米片的表面性质以及表面官能团的进一步转化，如苯基的磺化反应；进一步开展了功能物质与Janus纳米片的复合研究，制备了磁性颗粒结合的Janus 纳米片，实现了Janus纳米片的复合功能化，并可进一步调节Janus复合片的饱和磁化强度。.在此基础上，研究了Janus纳米片的乳化性能以及在油水分离中的应用。由于两面不同的亲水亲油性质，Janus纳米片与Janus颗粒表现出优良的油水乳化性能；结合磁性颗粒的Janus纳米复合片可用于油水的分离，并实现了纳米片的回收。 .