论文摘要
随着社会的飞速发展,人类面临的环境问题越来越多,未来能源的亟待开发与利用,使得绿色化学的研究与发展成为一种趋势。而离子液体因其具有的一系列优良而独特的性质,在诸多领域得到广泛的应用,对于离子液体的研究极大程度地促进了绿色化学学科的发展。随着长链离子液体的成功合成,使得一类具有表面活性的离子液体得以面世。因此如何认识这类表面活性离子液体的性质,以及对他们的聚集行为的研究,对于离子液体研究的发展,拓展离子液体的应用等起到至关重要的作用。在表面活性剂物理化学学科中,有序分子聚集体的研究向来是一个非常重要的课题。各种各样不同聚集体的形成,使得表面活性剂在生命,能源,信息,材料等诸多领域发挥着极其重要的作用。囊泡,作为表面活性剂有序分子聚集体的一种,有着独特的结构和性质。许多表面活性剂或者其复配体系在水相中混合时,都可以自发形成囊泡结构。目前研究较多的是用阴/阳离子表面活性剂复配形成的囊泡体系。囊泡在各个领域的应用也非常广泛,例如可以用来模拟生物膜,作为药物的载体,应用于化妆品、食品工业等等。而随着纳米技术的发展,囊泡也可以用来作为制备纳米材料的软模板,为一些化学反应及生化反应提供适宜的微环境。本论文的研究将表面活性离子液体,有序分子聚集体囊泡结构以及纳米材料制备三方面结合起来,重点研究了长链咪唑类以及长链N-甲基吡咯烷类两种表面活性离子液体分别与不同的阴离子表面活性剂在水相中进行复配形成阴/阳离子混合体系,研究了体系的相行为及流变学性质,绘制了相图,确认了离子液体参与构筑的囊泡体系的形成。并且应用囊泡相作为反应相制备出了相应的纳米材料。论文的具体研究内容如下：1、系统研究了长链咪唑类表面活性离子液体十二烷基-3-甲基咪唑溴（C12mimBr）与阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）在水中形成的阴阳离子复配体系的相行为,通过普通状态下视觉观察,偏光显微镜观察结合电导率测量的方法得到体系的相图。研究发现,固定C12mimBr浓度为100mM,逐步增大溶液中SDS的浓度从0到100 mM,出现的相区顺序依次为L1相（胶束相）,L1/L。两相区,Lα相（稍浑浊的囊泡相）,L。相（具有流动双折射的相）,L1/沉淀两相区。通过负染色透射电子显微镜（TEM）和冷冻蚀刻透射电子显微镜（FF-TEM）的观察,确定了L。相中囊泡的形成。通过流变测量研究了囊泡相的宏观性质,具有双折射的囊泡相表现出典型的Bingham流体的特性。静电作用力和疏水作用力的协同作用是囊泡形成的驱动力。通过对比C12mimBr/SDS与DTAB/SDS两个体系发现,咪唑头基和三甲基季铵头基的几何堆积和电荷密度的差异使得两个体系的相行为存在差异。用所得到的离子液体参与构筑的囊泡相作为模板,反应制得直径在30-60 nm,壁厚为8-10 nm左右的介孔二氧化硅空心球。通过TEM和SEM对所得空心硅球的形貌进行观察。N2吸脱附实验结果表明所得到的介孔二氧化硅空心球的孔径分布非常窄在4 nm左右,孔体积以及BET表面积分别为1.158 cm3/g和805.9 m2/g。与文献中报道的通过相似的方法制备所得空心硅球的表面积（280.0-520.0 m2/g）相比较,用离子液体构筑的囊泡作为模板制备得到的空心硅球的表面积相对更大一些。2、系统研究了长链N-甲基吡咯烷离子液体N-十二烷基-N-甲基吡咯烷溴（C12MPB）和二价金属阴离子表面活性剂十二烷基硫酸铜四水化合物（Cu（DS）2·4H2O）在水中形成的阴/阳离子混合体系。研究了其相行为并且得到了相应的相图。研究发现,固定C12MPB浓度为100mM,逐步增大溶液中Cu（DS）2·4H2O的浓度从0到100 mM,出现的相区顺序依次为L1相,L1/Lα两相区,Lα相（稍浑浊的囊泡相）,Lα/沉淀共存相,L1/沉淀两相区。通过负染色透射电子显微镜（TEM）的观察确定了L。相中囊泡的形成。流变测量研究其宏观性质发现具有双折射的囊泡相表现出典型的Bingham流体的特性。通过对比C12MPB/Cu（DS）2·4H2O与C12MPB/SDS两个体系,发现两个体系中的反离子Cu2’和Na’的电荷屏蔽作用的差异导致两个体系的相行为不同,同时在两个体系中都能形成囊泡结构证明囊泡形成的驱动力仍然是传统的静电作用力和疏水作用力。用所得到的囊泡体系作为反应相,制备得到长度为1-1.5μm,宽度为300-400nm左右的树叶状半导体材料CuO薄片。在此反应体系中,Cu（DS）2·4H2O不单是构筑囊泡的主体分子,同时也充当了制备半导体纳米材料的铜源。