CO2开关型蠕虫状胶束体系的制备及智能特性研究

蠕虫状胶束是软物质的重要组成部分，通过环境刺激响应实现其智能化开关已成为发展趋势之一。目前的外界刺激主要包括pH、温度、光、氧化还原等，本项目首次提出利用CO2开关蠕虫状胶束。以超长碳链（>C18）脂肪酸作为起始原料，以脒基作为亲水基团，拟合成三个系列的CO2开关型表面活性剂，进而通过调节浓度、温度、反离子等手段获得相应的CO2开关型蠕虫状胶束体系，利用CO2的吸收与释放实现蠕虫状胶束体系粘弹性的智能化开关，考察影响CO2开关蠕虫状胶束体系粘弹性的因素，从分子自组装的微观结构解释CO2开关蠕虫状胶束粘弹性的机理，建立CO2开关蠕虫状胶束破坏-重构的动力学模型，提出CO2开关的控制方法。本项目的研究结果可望丰富和发展开关型蠕虫状胶束体系，并通过吸收和排出CO2实现蠕虫状胶束体系的多次循环利用，在CO2的捕集与释放、CO2驱油等领域具有应用潜力。

同其他软物质胶体材料一样，环境刺激响应智能化也是蠕虫状胶束的发展趋势之一，但此前所用刺激因子多为温度、pH、电场等常规刺激方式。本课题利用清洁、无残留、具有良好生物相容性的CO2气体作为刺激响应开关，通过三种方式构筑了6类CO2开关型粘弹性蠕虫状胶束：（1）“小分子二元叔胺＋传统阴离子表面活性剂”构筑“拟双子”表面活性剂；（2）“小分子叔胺hydrotrope＋长链天然脂肪酸皂”或“小分子叔胺hydrotrope＋现有阳离子型粘弹性表面活性”；（3）长链多胺或长链叔胺、或长链脂肪酸钠。系统考察了CO2响应表面活性剂或小分子的分子结构、响应基团数量、气体通入时间、CO2气体的通入和排出等因素对蠕虫状胶束体系粘弹性的影响；对比研究了CO2与HCl刺激响应的区别；探索了CO2开关型蠕虫状胶束制备方法的普适性；实现了这些蠕虫状胶束体系聚集体结构和流变性能随CO2通入与排出的可逆“开”与“关”；从分子结构、微观组装体结构和宏观性能三方面的内在联系详细解释了CO2蠕虫状胶束体系粘弹性产生与消失的机理。.通过该项目的研究，对环境刺激响应型蠕虫状胶束的构建，特别是CO2开关型蠕虫状胶束的制备方法、形成机理和流变学行为有了全面认识，拓宽了分子有序聚集体及其宏观流变性能的智能调控手段，加深了对蠕虫状胶束粘弹性产生与衰减的理解。该研究进一步丰富了环境刺激响应蠕虫状胶束的调控手段和制备方法，并为CO2开关智能软材料特别是CO2开关表面活性剂在三次采油中的应用奠定了理论基础。.截至到2015年12月底，共撰写英文专著1部，发表论文40篇，其中SCI收录35篇（IF>30，1篇；30>IF>10，2篇；10>IF>5，4篇；5>IF>3，14篇；IF<3，14篇）。受邀请参加国内外会议并作keynote报告7次；培养博士研究生3人、硕士研究生4人。