Page 36 - 《精细化工》2023年第3期
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·492·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            相互作用也得到了相同的结论。                                     两亲 Janus 纳米片模型，开展了系列分子动力学模
                                                               拟，通过计算分析体系的占有体积、有效接触面积、径
                                                               向分布函数、氢键以及相互作用能等探究了两亲
                                                               Janus 纳米片与周围水分子间的微观相互作用。结果表
                                                               明，纳米片表面疏水基团的引入将削弱纳米片与周围
                                                               水分子间的相互作用，使得两亲 Janus 纳米片与亲水
                                                               纳米片相比具有较弱的胶体稳定性。另外，通过改变
                                                               两亲 Janus 纳米片表面亲水基团的类型可调节两亲
                                                               Janus 纳米片与水分子间的氢键作用，进而调控其胶

                                                               体稳定性。纳米片与周围水分子间的氢键作用越强，
                                                               水分子在纳米片表面越容易形成具有一定结构的水
            图 5  DLVO 与 eDLVO 理论计算水溶液中两亲 Janus 纳
                  米片间相互作用能       [58]                          层，进而增强纳米片在水溶液中的胶体稳定性。对于
            Fig.  5    Interaction energy between two amphiphilic  Janus   质子化的亲水基团体系，亲水基团和水分子间形成氢
                   nanosheets in aqueous solution calculated by   键时既可以作为质子的供体也可以作为质子的受
                   DLVO and eDLVO theories [58]
                                                               体。但对于去质子化的亲水基团体系，水分子和亲
            2.2   表面化学基团对胶体稳定性的影响                              水基团只能分别作为质子的供体和受体。在室温下，
                 从微观角度看，水分子作为纳米颗粒在水溶液                          亲水基团与周围水分子间形成氢键的能力遵循以下
                                                                           –
                                                                                  –
            中的分散介质，水分子与纳米颗粒表面间的相互作                             顺序：—COO >—SO 4 >—COOH>—NH 2 >—OH。
            用直接影响着纳米颗粒在水溶液中的胶体行为。                                  总之，独特的二维两亲不对称结构赋予两亲
            REZVANTALAB 等     [59] 研究了 Janus 纳米颗粒在流体           Janus 纳米片特殊的、复杂的胶体分散性，与常见亲
            界面的扩散，指出增强纳米颗粒与其周围流体分子                             水球状纳米颗粒相比，两亲 Janus 纳米片具有较弱
            间的相互作用有助于降低纳米颗粒的扩散系数。研                             的分散稳定性。实际应用过程中，基于物理实验和
            究表明，纳米颗粒表面与溶剂水分子间的相互作用                             分子动力学模拟的方法，对两亲 Janus 纳米片表面
            取决于颗粒表面的化学基团组成               [60-61] 。更重要的是，       化学基团组成进行设计，或向体系中添加适当的添
            通过表面化学基团改性的方法对两亲 Janus 纳米片                         加剂，以得到满足实际应用环境需求的产品是发挥
            表面的化学基团组成进行合理调控，能够极大地提                             其作用效果的关键。
            高两亲 Janus 纳米片在特定应用领域和环境中的适
            应性   [34] 。因此，系统地研究表面化学组成对两亲                       3   两亲 Janus 纳米片在油水体系中的界面
            Janus 纳米片与其周围水分子间相互作用的影响，不                            特性
            仅有助于进一步明确两亲 Janus 纳米片在水溶液中
                                                                   两亲 Janus 纳米片相比于传统纳米颗粒更能够
            的胶体行为，也有助于指导高胶体稳定性两亲 Janus
                                                               有效地吸附于流体界面，因此，其应用领域往往涉
            纳米片的分子设计和合成。
                                                               及多相流体混合物体系           [68-69] 。各向同性纳米颗粒吸
                 由于样品制备和测量技术的局限性，现阶段难
                                                               附在油水界面可起到稳定乳液的作用，但这些
            以通过物理实验研究表面化学组成对两亲 Janus 纳
                                                               Pickering 乳液通常需要高速剪切或剧烈的超声处理
            米片与其周围水分子间相互作用的影响。近几年，分
                                                               才能形成。两亲 Janus 颗粒兼具传统颗粒的 Pickering
            子动力学模拟已发展成为一种从分子水平研究微观
                                                               效应和经典表面活性剂的两亲性，有助于降低形成
            过程和相互作用的科研方法，并越来越多地被用于分                            乳状液所需的能量，提高乳状液的稳定性                    [68,70-71] 。
            析纳米颗粒的微观胶体行为和分子间相互作用                    [62-65] 。  BINKS 等 [72] 的理论计算结果表明，球形 Janus 颗粒
            KHARAZMI 等     [64-65] 利用分子动力学模拟研究了球
                                                               的界面活性是同类表面性质均一颗粒的 3 倍。
            形和棒状 Janus 纳米颗粒在流体中的旋转和平移扩
            散。LUO 等     [66-67] 通过分子动力学模拟研究了两亲                 3.1    二维片状形貌特征的影响
            Janus 石墨烯纳米片与一些聚合物在水溶液中的相                              研究表明，由片状纳米颗粒制备得到的 Pickering
                                                                                              [8]
            互作用，并提出借助聚合物增强两亲 Janus 纳米片                         乳液的稳定性远高于球形纳米颗粒 。因此，推测
            在高盐水溶液中胶体稳定性的方法。分子动力学模                             颗粒的形状可能对其界面性能产生较大的影响。
            拟在纳米颗粒水溶液体系中成功应用的案例将为研                             FARAUDO 等   [73] 研究了表面积相同但几何形状不同
            究两亲 Janus 纳米片体系提供诸多启发和参考。                          的纳米颗粒在流体界面的自由能。结果表明，对于
                 YIN 等 [61] 构建了具有不同表面化学组成的硅基                   纳米颗粒粒径为 10 nm、线张力（三相接触线单位
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