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赵东元教授研究团队发明新型介孔“固体表面活性剂”
发布时间:2018-09-13 

       近日,复旦大学赵东元院士团队在传统有机分子表面活性剂的启发下,开发了具有碳/硅完全分离的双介孔不对称结构“固体表面活性剂”,并且表现出良好的乳液稳定能力,在乳液催化中表现出很好的应用前景。相关论文最近以《Spatial Isolation of Carbon and Silica in a Single Janus Mesoporous Nanoparticle with Tunable Amphiphilicity》为题发表于《美国化学会志》 (J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 10009)。

       现今的很多催化反应都涉及到微乳液,即不同类型反应物、催化剂分属不同油水两相中。由于水油之间互溶性低,导致这类反应效率难以提升。纳米颗粒可以被吸附在油水界面上,辅助水和油形成稳定的Pickering微乳液,有助于提高微乳液体系的催化效率。和分子型表面活性剂一样,纳米颗粒稳定乳液的能力取决于其亲水端和疏水段的尺寸比例,因此具有亲水/疏水不对称结构的纳米颗粒更有利于稳定微乳液。分子型表面活性剂一般都有可调的碳链长度。相对而言,纳米颗粒的亲疏水性则很难精确调控。此前报道的不对称结构大部分都是由纳米晶或聚合物构成,非对称结构两端性质差异不大。而基于有机硅在二氧化硅或者碳纳米颗粒上的异相生长的工作,也因为有机硅是天然的碳硅复合材料,基于其制备的不对称结构总有一端不可避免的由碳硅复合材料组成,限制了对于所制备的非对称材料亲疏水性的精细调节。因此,在单个不对称颗粒中实现碳和硅的完全分离,是制备具有优秀且可调乳液稳定能力纳米颗粒的前提。

 

具有碳/硅完全分离的双介孔不对称结构“固体表面活性剂”,其具备良好的乳液稳定及催化能力。

 

       针对上述问题,赵东元院士团队在前期提出的有序介孔材料各向异性生长的基础上(J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 15086; J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 5903; Adv. Mater., 2017, 29, 1701652),通过表面电荷诱导选择性生长的策略,制备了Fe3O4@mC&mSiO2双介孔不对称纳米颗粒。该纳米颗粒在单颗粒级别上实现了碳和二氧化硅完全分离。并且碳(疏水)和二氧化硅(亲水)端的尺寸比例可以精确控制,使得此纳米颗粒作为“固体表面活性剂”具备优秀可调的微乳液稳定能力。在该非对称结构两端选择性负载不同催化剂后,该纳米颗粒表现出良好的乳液催化性能。

       该论文第一作者为复旦大学博士生赵天聪,通讯作者为复旦大学赵东元教授和李晓民研究员。该项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、上海市科委等的大力支持。

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