液/液界面共吸附自组装法制备功能性无机/聚合物复合纳米结构

When organic solutions of amphiphilic polymers and aqueous solutions of metal ions, coordination ions, and colloidal particles form a planar liquid/liquid interface, the polymer molecules will adsorb at the interface in order to reduce the interface tension, and then the inorganic species will adsorb at the interface due to the attraction with the adsrobed polymer molecules. The polymer molecules combine with the inorganic species to form composite polymer molecules that self-assemble into nanostructures, such as microcapsules, microspheres, and nanofibers, which aggregate further to form composite thin films. We name this method "Co-adsorption and self-assembly technique at the liquid/liquid interface". This is a new, unique, and facile method to fabricate composite polymer nanostructures. In this research project, various composite nanostructures composed of many kinds of amphiphilic polymers, including linear polymers, conjugated polymers, and block copolymers, and inorganic species, including metal ions, coordination ions, polyoxometallate ions, and colloidal particles, will be fabricated by using this new technique. The influences of experimental conditions on the formation of the composite nanostructures will be discussed, the formation mechanism will be illuminated, the fabrication rules will be summarized. This technique will be developed to be a common way to fabricate composite inorganic/polymer nanostructures. At the mean while, the properties of the composite nanostructures, such as catalytic activities and optical properties of the nanoparticles, and the new charge and energy transfer properties between the polymer matrices and the doped nanoparticles will be studies.

将双亲聚合物分散于有机溶剂中，金属离子、配离子、胶体粒子等无机组分分散于水中。这两种互不相溶的分散体系可形成一平的液/液界面。聚合物与无机组分先后在该界面上吸附并相互结合，形成复合聚合物分子。这些复合分子在界面上通过自组装形成微胶囊、微球和纳米纤维等，而这些结构又进一步聚集形成复合薄膜。后续处理后可得到嵌有纳米粒子的复合薄膜。我们称这种组装技术为液/液界面上共吸附自组装法。这是一种新的、简便易行的组装方法。本课题拟利用该方法组装多种双亲性聚合物，包括一般的线形聚合物和共轭聚合物、嵌段共聚物等，与金属离子、配离子、多金属氧酸盐、胶体粒子等形成的复合纳米结构，探讨实验条件对复合结构形成的影响，阐明形成机理，总结相关规律，使之成为一种组装以聚合物为基质的复合结构的普适方法。同时，研究复合结构的性能，特别是催化、电催化及光学性能，以及由于复合所产生的新的性质，如聚合物与纳米粒子间的电荷和能量转移。

由于具有新颖的性质和功能及潜在的应用前景，低维超分子和微纳米结构的研究受到了极大的关注。这些结构的构建及调控、结构及性能的探索是胶体与界面化学的重要研究内容。本课题利用胶体与界面化学的基本原理和方法，通过界面吸附、自组装、自发乳化、模板诱导、相转移等过程及适当的调控，在液/液界面和气/液界面上构建了系列具有不同形貌、结构和组成的双亲聚合物/无机组分复合超分子微纳米结构体系。所研究的聚合物包括双亲均聚物和嵌段共聚物，所得到的微纳米结构的形貌包括多孔泡沫、纳米球阵列、平行排列的纳米线、蜂巢状和由纳米线构成的网格状等。同时观察了各种因素对聚合物分子吸附和自组装行为的影响，探讨了这些结构的组装机理，总结了相关规律。在此过程中，发展了三种组装方法，即：（1），互不相溶的两液体构成的液/液界面上的吸附和组装法；（2），自发乳化-乳液液滴模板组装-液/液界面吸附组装法和（3），液/液界面传质-自组装-气/液界面吸附和组装法。在这些微纳米结构中均匀分布着金属纳米粒子。我们以典型的溶液中的异相催化反应，如硝基化合物的氢化、亚甲基蓝的还原等为模型反应检验了这些微纳米结构的催化性能。这些研究将多个过程有机地结合在一起，发展了多种双亲分子超分子微纳米结构的组装方法，得到了系列的组装体系。这有益于加深对分子间相互作用和分子自组装行为的理解，也有益于扩展胶体与界面化学的研究体系。同时，所得到的微纳米结构还具有潜在的应用价值。