离子液体基功能化Janus纳米片的设计、制备与应用

Ionic liquids (ILs) or polymeric ionic liquids (PILs) based Janus nanosheets are designed, synthesized and characterized in this project. By using the ion-exchangable property of the modified ILs or PILs, the type of the anion of the modifier can be adjusted, and thus the Janus balance of the nanosheets can then be transformed reversibly. Moreover, metal complex based anions can also be introduced onto the selective surface of the Janus nanosheets via the ion-exchangable property. Based on this, metal nanoparticles with catalytic properties can then be in-situ growed via the reduction of the immobilized anions. In addition, using ionic liquids based Janus nanosheets as solid emulsifiers, emulsions with high stability, such as 'water-nonpolar organic solvents' emulsions or novel 'ionic liquids-nonpolar oeganic solvents' emulsions can be fabricated respectively. As a result, "dry droplets" of organic solvents or ionic liquds can be achieved after the continuous phase is removed. Overall, for the first time, Ionic liquids are introduced into the structure of Janus materials, and this will pave a new way for the construction of novel functionalized composites.

本项目设计、合成离子液体及聚合离子液体基Janus纳米片，并对其结构、性质进行表征。利用修饰离子液体或聚合离子液体的离子交换性，通过对其阴离子类型的控制，较为简便地实现对纳米片的Janus 平衡的可逆调控。此外，利用这种特性还在Janus纳米片亲水表面选择性引入金属配合物阴离子，并通过进一步还原反应实现具有化学催化性质的单分散金属纳米粒子在Janus纳米片上的原位选区生长。本项目还将利用该新型Janus纳米片与极性溶剂以及离子液体的相容性，以离子液体基Janus纳米片为颗粒乳化剂构筑具有较高稳定性的"水-有机溶剂"与"离子液体-有机溶剂"乳液体系，并探讨两种微乳液形成以空气为连续相的"干液滴"的可能性。总之，该项目首次将离子液体引入到Janus材料的构筑中，为新型功能化材料的制备提供了新的思路。

Janus材料以其独特的物理、化学性质受到了越来越多的关注，离子液体也因其独特的电荷、离子交换等特性，作为复合材料的组分，特别是其对纳米结构表面的修饰研究越来越受到重视。Janus材料不对称的化学组成及结构对其性能有着直接的影响。本项目制备了一侧为疏水性基团、另一侧为离子液体的离子液体基Janus SiO2纳米片，利用离子液体的离子交换性，实现了离子响应性的Janus纳米片单面的极性、表面性质以及其Janus结构和性质的可逆调控；以离子液体基Janus纳米片为颗粒乳化剂，构筑了油水以及油和离子液体两相Pickering乳液体系，详细考察了乳液类型、稳定性、液滴形貌、相反转的影响因素及规律，将其应用于材料制备等领域；利用离子液体的离子交换性，将功能性基团或物种选择性负载于离子液体基Janus纳米片的亲水表面，探讨了其在污染物去除等领域的应用性能；通过对介孔SiO2笼两侧不对称修饰及在笼的外侧固载催化离子，得到了兼具催化和分离性能的离子液体基Janus笼，实现了通过改变温度的高效催化反应后的有机相和产物的分离富集；制备了一种新型离子液体基雪人形Janus微颗粒，研究了其乳化性能及在材料制备等领域的应用；拓展离子液体表面修饰技术的应用，制备了若干离子液体基纳米材料及相关纳米材料，探讨了其在催化、电分析化学、光电转化和锂电池等领域的应用性能。. 本项目研究拓展了Janus纳米结构的类型，创新性地首次将离子液体引入到Janus纳米材料中，发挥离子液体、Janus和纳米结构的特性及其协同效应，赋予Janus纳米材料良好的分散性、离子响应性、催化、分离、分子识别和电化学等独特性能，为离子液体基纳米材料的研发提供了坚实的理论和技术基础。本项目研究结果表明，纳米材料中离子液体的引入，可以简便地实现对其结构的精确调控、功能化和智能化，是纳米材料达到高性能、多功能和智能化的有效途径。