双亲性碳笼pH敏感的可逆自组装行为及其催化水油两相反应研究

产物分离困难，催化剂难以回收利用是水油两相催化反应急需解决的重要问题。本项申请拟利用双亲性碳笼pH敏感的可逆自组装与解组装特性，在催化反应进行时通过碳笼自组装形成的Pickering乳液来提高水油两相反应效率；反应结束后，利用pH的调控解组装，使其转移到水相，从而实现产物的分离与催化剂的回收利用。具体我们将以酵母为原料，通过水热合成技术得到孔径和双亲性皆可控的多孔中空碳笼；在此基础上实现过渡金属催化剂的负载和生物酶催化剂的封装；通过调变一系列影响碳笼自组装行为的因素来调控并研究其自组装行为，明晰自组装机制；深入分析溶液pH敏感的可逆自组装与解组装机制；探究功能化碳笼催化两相反应的机理，最终发展一种具有普遍适用性的催化两相反应的碳笼自组装体系。该研究将加深人们对双亲性微纳米材料在水油界面组装行为的认识，对于发展此类体系在催化及相关领域的应用亦有推动作用。

以双亲性中空碳微球为组装基元，在水油界平面上进行自组装成膜，通过改变油相种类和碳微球的分散溶剂等因素，发现水油界面自组装膜的形成、致密性是与形成界面的表面自由能和碳微球表面电荷相关。形成的膜在水油两相界面上具有类似软玻璃的粘弹性能，并且弹性大于粘性。利用这种粘弹性质的膜对不同材质的材料进行表面包覆，在液相下实现了可逆包覆与脱包覆。.利用双亲性多孔中空含碳微球，在甲苯-水体系中稳定得到了Pickering乳液，发现乳液随着油相比例增大，会发生水包油向油包水型乳液的转变，并且通过调变水相pH值，能控制含碳微球在油水相界面进行自组装或解组装。同时，利用得到的Pickering乳液催化水油两相间的有机反应，发现Pickering乳液催化两相间反应的活性来源于增大相接触面积和相转移催化两方面。通过原位还原的方法，在含碳微球表面负载了贵金属纳米颗粒，功能化后的含碳微球能有效稳定纳米颗粒并利用这些纳米颗粒催化水油两相间有机反应。.通过油包水Pickering 乳液可控的合成了两种类型的块体高孔隙率超大孔聚苯乙烯材料。通过用双亲性的碳微球作为高内相乳液的稳定剂制得了一种高孔隙率的闭合超大孔聚苯乙烯（CPPs）材料，在乳液体系里无需加入任何盐也无需对碳微球进行表面修饰。通过在碳微球稳定的乳液中加入少量表面活性剂制得了另一种具有高度连通的分级大孔结构的聚苯乙烯材料（IPPs）。这两种材料都具有良好的机械强度，其中CPPs 材料用作油水分离的吸油材料，表现出高的吸油能力和快的吸油速率，这种结果与材料自身的高孔隙率以及可溶胀性相关，而IPPs 材料由于高度连通的孔结构使其具有良好的气体渗透性。.以双亲性中空碳微球为载体材料，建立了一种普适性、高效率的酶固定化策略，既利用酶蛋白和碳微球壳壁之间的疏水作用，实现多种酶在碳微球内部空隙里的自动封装。利用双亲性碳微球稳定的Pickering乳液催化了一系列水油两相间的有机反应。碳微球具有吸附脂肪酶的特性，一方面能够促进脂肪酶在油水界面的富集，提高脂肪酶在界面的富集率，另一方面与吸附在油水界面处的脂肪酶相比，吸附在碳球表面的脂肪酶表现出更高的催化活性。