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我院青年教師宋先雨在膠體與界面化學領域取得新進展

来源:教务处-科研管理 发布日期:2017-03-02 16:31:15 浏览数:2283 【收藏本頁】 【打印文章】

 

我院青年教師宋先雨在膠體與界面化學領域取得新進展

教務處科研學術科

膠體與界面化學是研究膠體分散體系和界面現象的一門北京赛车pk10网,與能源、材料、生物、化學制造和環境北京赛车pk10网有密切的關系,滲透到國民經濟的各個主要領域中,我院宋先雨老師通過與華東理工大學界面北京赛车pk10网與熱力學課題組、西南石油大學功能材料開發與汙染治理研究室以及四川文理學院化學化工學院合作,利用耗散粒子動力學和粗粒化分子動力學理論計算,在膠體與界面化學領域多個研究方向取得新進展:

一、原油乳狀液及其破乳過程應用基礎研究

目前,我國石油開采已經進入二、三次采油階段,采出的原油含大量的水和表面活性劑,在運輸和煉制原油前必須對其進行破乳脫水處理,深入研究乳狀液穩定機理才能高效設計原油乳狀液破乳劑,其中瀝青質是導致乳狀液穩定的主要界面活性物質。宋先雨老師利用耗散粒子動力學模擬研究發現:瀝青質在界面多以平躺式多層自組裝吸附在界面,由于瀝青質結構中的稠環結構存在π-π共轭效應,導致瀝青質界面膜具有剛性,從而使乳狀液更穩定。聚丙烯酰胺的添加,會導致界面形成特殊的層-層自組裝混合膜結構,以瀝青質爲內層,聚丙烯酰胺爲外層,導致乳狀液穩定性增強。以上結果彌補了實驗研究的不足,在分子尺度上闡釋了原油乳狀液穩定機理。相關研究成果已發表在J. Phys. Chem. C(化學二區topDOI: 10.1021/acs.jpcc.6b12168,論文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.6b12168)。

二、聚合物在疏水納米表面吸附行爲研究

聚合物在疏水納米表面吸附會改變納米表面的物理化學性質,因此,在表面塗層,載藥與釋放、表面潤濕和潤滑方面有著巨大的潛力。宋先雨老師研究不同結構了Pluronic聚合物(EO-PO-EO)在疏水表面吸附行爲,研究結果發現:隨著Pluronic聚合物的EO摩爾比和分子量下降,Pluronic共聚物在疏水表面上會産生三種吸附形態轉變:由蘑菇或半球形態逐漸向半球形和矩形刷轉變。相關研究成果已發表在Langmuir(化學二區topDOI: 10.1021/acs.langmuir.6b02414,論文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.langmuir.6b02414)。

不僅如此,他還利用粗粒化分子動力學研究了納米材料疏水性質對聚合物F127在納米材料吸附的影響,結果發現:納米材料疏水度對F127在納米材料上吸附影響較小,但聚合物濃度的變化卻導致了自組裝膜形態轉變:在較低濃度時,聚合物卷曲地附著在納米顆粒表面,類似形成層狀的殼層結構覆蓋在納米顆粒表面;隨著濃度的提高,層狀的殼層結構逐漸消失,聚合物高分子鏈伸向溶劑相,自組裝膜的有序性增強,最終形成星形自組裝膜。以上研究成果已發表在RSC Advances(化學二區,DOI: 10.1039/C6RA18739K,論文链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/ra/2016/c6ra18739k#!divAbstract)。

三、兩親性納米片(nanosheets)自組裝模擬

Janus納米材料因其在軟物質和材料學科中巨大的應用潛力(包括新型傳感器、表面活性劑等)在近年來已經引起了極大的關注。兩親納米片材料因其形状高度各向异性和易于设计的化学性质,兩親納米片在界面吸附高度受限,从而旋转效率更高,导致乳液更稳定,因此获得国内外广泛关注。宋先雨老师设计了一种对称三维结构的兩親納米片,以三角板形状(无机固体材料构成)为中心,于纳米表面截肢不同亲和性的聚合物为壳,模拟研究了两亲性纳米片在油/水界面吸附行为。研究发现:兩親納米片分子高度地平躺式吸附在/水界面,而接枝聚合物分别伸向水相、油相中,論文还解释了兩親性納米片界面活性強的原因:a)由于其特殊的二維對稱性及結構,在界面吸附具有高度限制性的旋轉;b納米片在界面吸附具有空間位阻效應;(c親水親油平衡(HLB)值接近1,展示出较强的乳化能力。以上研究结果表明兩親納米片分子界面活性强,在乳化剂、载药释放等方面具有广泛的应用价值。以上研究成果已發表在Phys. Chem. Chem. Phys.化學二區topDOI: 10.1039/C6CP08654C,論文链接:http://pubs.rsc.org/is/content/articlelanding/2017/cp/c6cp08654c#!divAbstract

進校以來,宋先雨老師以我院爲工作單位,以第一作者或通訊作者發表5SCI,相關研究成果已受到國內外學者廣泛關注。

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