Page 35 - 《精细化工》2023年第3期
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第 3 期                 尹太恒，等:  两亲 Janus 纳米片的制备及胶体与界面性质研究进展                                ·491·


            而获得球状、柱状和层状的 PB 相。改变反应条件                           献报道了纳米颗粒的实际应用效果与其在水溶液中
            使 PB 相发生交联反应后，将 PS-b-PB-b-PMMA 膜                   稳定性的关系      [38-40] 。例如：尽管纳米流体在提高原
            在超声波辅助下分散在适当的溶剂中，得到球状、柱                            油采收率领域具有巨大的应用潜力，但恶劣的油藏
            状和片状的 Janus 颗粒（图 4）         [30-33] 。              环境（如：高温、高盐）可能会导致纳米颗粒因聚
                                                               集和沉降而造成严重的储层伤害               [41] 。作为一种新型
                                                               且结构独特的纳米材料，两亲 Janus 纳米片在水溶
                                                               液中可能具有与常规纳米颗粒不同的聚集行为。迄
                                                               今为止，大多数科研工作仍集中于两亲 Janus 纳米
                                                               片的合成方法      [42-43] 。对两亲 Janus 纳米片聚集行为
                                                               的研究仍处于起步阶段，近几年才开始有少量文献
                                                               报道  [44] 。因此，明确两亲 Janus 纳米片在水溶液中
                                                               的分散性和胶体稳定性对其实际应用尤为重要。
                                                               2.1   胶体稳定理论
                                                                   表面化学基团均一的纳米颗粒（如：氧化石墨烯、
                                                               黏土以及纳米二氧化硅等）在水溶液中的聚集行为
                                                               已被人们广泛研究        [45-48] 。纳米颗粒的聚集行为很大
                                                               程度上取决于溶液的环境条件（如：温度、pH、离子
                                                               强度和离子的化合价等）和纳米颗粒自身的表面化
                                                               学组成（如：表面化学基团类型和含量等）                    [45-48] 。

                                                               经典的 Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（DLVO）理
                                                                                                        [49-51]
               图 4   嵌段共聚物自组装制备 Janus 颗粒示意图           [29]     论常被用于解释极性溶剂中带电粒子的胶体性质                        ，
            Fig. 4    Schematic diagram of Janus particles prepared  via   该理论认为：胶体粒子间的相互作用仅与范德华引
                   block copolymer self-assembly [29]          力作用和静电斥力作用有关             [52] 。实际上，对于具有
                                                               强亲水性或疏水性表面的胶体粒子，额外的非
                 经过二十多年的发展，研究者们提出了很多制
                                                               DLVO 相互作用往往对胶体粒子的稳定性起着关键
            备两亲 Janus 纳米片的方法。界面保护法简单直接
                                                               作用  [53-57] 。此外，与表面化学性质均一的纳米颗粒
            且能够准确控制 Janus 结构，但该法依赖于单层二
                                                               相比，两亲 Janus 纳米片具有高度各向异性的形状
            维材料的制备且产率较低。乳液界面自组装溶胶-
                                                               及化学性质，使其在水溶液中的聚集行为更加复杂。
            凝胶法是目前大规模制备 Janus 纳米片最有效的途
                                                               总而言之，通过物理实验和胶体稳定理论计算分析
            径，但该法制备得到的 Janus 纳米片厚度通常较厚
                                                               的方法研究两亲 Janus 纳米片在水溶液中的胶体特
            （超过 20 nm）且横向尺寸较大，极大地限制了其
                                                               性是一项巨大的挑战。
            实际应用范围。嵌段共聚物自组装法适用于合成有
                                                                   YIN 等 [58] 对两亲 Janus 纳米片悬浮液开展了系
            机聚合物类 Janus 纳米片，而不适用于合成有机/无
                                                               列静态多重光散射实验，量化研究了其在不同水环
            机复合两亲 Janus 纳米片。模板辅助溶胶-凝胶法是
                                                               境下（包括 pH、温度、离子强度以及离子类型）的
            目前大规模制备分子级厚度有机/无机复合两亲
                                                               聚集与胶体稳定性，对比分析了两亲 Janus 纳米片
            Janus 纳米片的有效途径。但现阶段，模板辅助溶胶-
                                                               与亲水纳米片在不同电解质溶液中的聚集动力学差
            凝胶法仍存在诸多不足，如：模板不能重复利用、产
                                                               异，并采用经典 DLVO 理论和扩展 DLVO 理论模型
            物类型单一等，可重复使用模板的研发和产物表面
                                                               对 Janus 纳米片在电解质溶液中的聚集行为进行了
            化学基团类型的多样化是未来的研究方向。
                                                               预测。结果表明，与亲水纳米片（表面两侧均为亲
            2   两亲 Janus 纳米片在水溶液中的胶体特性                         水基团的二氧化硅纳米片）相比，两亲 Janus 纳米
                                                               片（一侧为亲水羧基，另一侧为疏水烷基的二氧化
                 两亲 Janus 纳米片在一些工程应用过程中，如：                     硅纳米片）在水溶液中更易聚集，具有更弱的胶体
            用作稳定乳状液的固体颗粒乳化剂                 [34] 、药物输送的        稳定性；经典 DLVO 理论模型不适用于两亲 Janus
            载体  [35] 以及开采原油的驱油剂         [11] ，往往需要预先分          纳米片体系；考虑疏水相互作用的扩展 DLVO 理论
            散在水溶液中，然后在流体界面或水溶液本体中发                             模型（eDLVO）能够准确预测两亲 Janus 纳米片在
            挥作用。当纳米粒子分散至极性溶剂中时，纳米颗                             水溶液中的聚集行为（图 5）。LUO 等               [44] 通过分析
            粒之间可能会发生聚集而失去稳定性                  [36-37] 。大量文     计算水溶液中两亲 Janus 石墨烯纳米片间的 DLVO
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