紫外/可见光对离子液体乳状液结构和相行为的调控

The long-term stability of emulsions and reversible switching of emulsification-demulsification are an important scientific issue in the field of emulsions. The environmental stimulus responsive ionic liquid-based emulsions provide a new way to solve these problems. However, the modulation of the structure and phase behavior of ionic liquid-based emulsions by light irradiation has not been reported so far. In this project, a series of stable photo-responsive emulsions consisting of azobenzene-based ionic liquids will be constructed based on the structure-property relationships of ionic liquids. Factors affecting the microstructure and the phase behavior of the emulsions, such as the head group of the cation, alkyl chain length, position of the azobenzene group, hydrophobicity of the anion, concentration of ionic liquid, phase ratio of oil and water, illumination time and illumination intensity are going to be investigated by chemical thermodynamics, spectral technologies and quantum chemistry calculations. The mechanism of the reversible phase behavior of the emulsions under illumination will be illustrated. The results are expected to provide new insights for the design of photo-responsive ionic liquid-based emulsions and the efficient and reversible phase behavior modulation.

实现乳状液的长期稳定性与破乳-乳化的可逆切换已成为乳液领域备受关注的重要科学问题。环境刺激响应离子液体乳状液的出现为上述问题的解决提供了新的思路，但是利用光调控离子液体乳状液的微观结构和相行为的研究还未见报道。本项目拟根据离子液体的可设计性及其结构-性质关系，构筑一系列对紫外/可见光响应的稳定的偶氮苯类离子液体乳状液体系。利用热力学、谱学和量子化学计算等方法，系统研究离子液体的阳离子头基、烷基链长度、偶氮基团位置、阴离子疏水性、离子液体浓度、油水两相体积比、光照时间、光照强度等因素对乳状液微观结构和相行为的调控规律，从分子水平上认识乳状液在光驱动下发生可逆相转变的微观机制，为新型光响应离子液体乳状液体系的理性设计和乳状液相行为的高效、可逆调控提供科学依据。

实现乳状液的长期稳定性与破乳-乳化的可逆切换已成为乳液领域备受关注的重要科学问题。环境刺激响应离子液体乳状液的出现为上述问题的解决提供了新的思路，但是利用光调控离子液体乳状液的微观结构和相行为的研究还未见报道。本项目设计、合成了28种偶氮苯类离子液体，系统研究了阳离子头基的结构、烷基链长度、亚甲基数目、阴离子类型等对这些离子液体在水中的光致异构性质。将两亲性可光调控的偶氮苯类离子液体用作光响应的表面活性剂，参与构筑了光响应的烷烃/离子液体/水乳状液，疏水醇/离子液体/水微乳液，烷烃/离子液体/水/纳米粒子皮克林乳液，分析了离子液体的结构和浓度、油相的性质、油水两相体积比、光照等因素对乳液结构和稳定性的影响规律。在此基础上，发展了光响应离子液体双水相体系，揭示了紫外/可见光照对上述体系微观结构和相行为高效可逆调控的规律和机制。研究结果表明，在紫外光照下，偶氮苯类离子液体由疏水的反式异构体转变为亲水的顺式异构体，离子液体的结构影响了光异构化效率，但是对平衡光异构化率的影响较小（均大于90%）。交替照射紫外/可见光，能够调控离子液体乳状液/皮克林乳液破乳/再次乳化之间可逆调控和离子液体双水相在两相/均相溶液之间的可逆转变。上述可逆调控主要是因为离子液体阳离子上的偶氮苯官能团的顺反异构引起的离子液体疏水性和表面活性的降低。将上述乳液体系用做光控高效均相反应-异相分离的微反应器(常温常压下催化加氢效率>94%)，实现了乳化剂、相组分、催化剂的回收与循环使用，为发展温和条件下反应、分离、催化剂的循环利用为一体的可持续化学过程提出了新的思路。