典型表面活性剂对两种水油界面分子吸附过程影响的研究

The physical and chemical behavior of surfactants on oil/water interfaces is always a hot topic and frontier in many research areas. However, current studies mostly focused on the surfactant molecules themselves, or their effect on macroscopic properties of oil/water interfaces, like the stability and interfacial tension. The fundamental question that how they affect the structure and dynamic behavior of molecules on oil/water interface has not been deeply investigated. In this project, we plan to study the influence of three typical surfactants (SDS, CTAB, PEG) on the structure and adsorption dynamic of other molecules on oil/water interfaces formed with water and oils including benzene and carbon tetrachloride, with Second Harmonic Generation and Zeta potential measurement. With the study of the adsorption energy, structure and other dynamic behavior of dyes like Azobenzene and Malachite derivatives on oil/water interfaces, as well as the influence induced by the addition of surfactants, we shall analyze the hydrophilic/hydrophobic interactions and charge interactions on the interfaces, to get the mechanism on how surfactants affect other molecules at different oil/water interfaces, as well as the relationship between the microscopic structures and the macroscopic properties of the interfaces.?This research is expect to get more molecular level understanding on structure and dynamics of oil/water interfaces and provide clue for the design and property adjustment of surfactants.

表面活性剂在水油界面的物理化学行为一直是诸多相关领域研究的热点与前沿。然而，目前的研究还大多停留于表面活性剂分子本身、或它们对水油界面的张力、稳定性等宏观特性的影响。它们对分子/离子在水油界面的结构和动力学行为的影响这个更基本的问题还少有深入研究。本项目拟以二次谐波并结合Zeta电位测量为主要研究手段，对三种典型的表面活性剂（SDS、CTAB、PEG）在苯和四氯化碳与水形成的界面对其它分子的结构与吸附动力学行为的影响机理进行系统研究。通过探测偶氮苯染料和孔雀绿盐在水油界面的吸附能量、结构和其它动力学行为及添加表面活性剂对上述行为的影响，分析其中的亲水/疏水相互作用和电荷相互作用规律；总结表面活性剂在不同界面上对这些分子的作用机理；关联界面微观结构与宏观特性之间的联系。本研究不仅能加深对水油界面结构和动力学的分子层次的认识，而且对表面活性剂的分子设计和性能调控有一定的指导意义。

表面活性剂在石油化工、生物医药、农林环保等领域广泛使用，其分子结构与其界面行为和胶体、乳液的宏观特性紧密相关。可以实时原位对表面活性剂的界面行为进行深入探测的技术途径目前尚不多见，本项目主要使用二次谐波（SHG）技术对水油界面表面活性剂的吸附动力学行为、分子密度和分子结构及其对界面其它分子行为的影响进行了研究。.研究使用了多种带不同电荷的表面活性剂：负离子型的油酸，十二烷基磺酸钠，具有不同烷基链长的正羧酸（十烷酸，十二烷酸，十四烷酸，十六烷酸和十八烷酸）；正离子型的油胺，十六烷基三甲基溴化铵及其同系物三烷基三甲基溴化铵，六烷基三甲基溴化铵，八烷基三甲基溴化铵和十二烷基三甲基溴化铵；以及非离子型的吐温型化合物（Tween80）。考察了它们在模型化的水油界面（水/十六烷界面，水/苯界面，水/四氯化碳界面）上吸附性能的差异，分析其吸附性能与表面活性剂分子结构和油相分子结构的关系。同时，还考察了氢离子、氢氧根离子和有机染料分子：孔雀绿盐MG和偶氮染料D289在这些水油界面上的吸附结构、密度和吸附行为受化学环境（例如pH值、表面活性剂浓度等）的影响，对所观测到的影响进行了总结并从亲疏水相互作用和电荷相互作用等方面出发理解了其中的规律。.此研究发现，使用SHG技术对界面电位的探测来监控表面活性剂的吸附密度和动力学，可得到比以往其它研究手段所得结果更灵敏、更准确的信息。利用SHG探测，研究了表面活性剂分子在水油界面、空气-水界面、水相和油相等不同化学环境中的自由能变化与其分子结构的关系，对电荷相互作用和吸附分子间的范德华相互作用在表面活性剂分子的界面富集过程中所起的作用进行了划分，证实了后者在此过程中的主导地位。