我院青年教师宋先雨在胶体与界面化学领域取得新进展

教务处科研学术科

胶体与界面化学是研究胶体分散体系和界面现象的一门科学，与能源、材料、生物、化学制造和环境科学有密切的关系，渗透到国民经济的各个主要领域中，我院宋先雨老师通过与华东理工大学界面科学与热力学课题组、西南石油大学功能材料开发与污染治理研究室以及四川文理学院化学化工学院合作，利用耗散粒子动力学和粗粒化分子动力学理论计算，在胶体与界面化学领域多个研究方向取得新进展：

一、原油乳状液及其破乳过程应用基础研究

目前，我国石油开采已经进入二、三次采油阶段，采出的“原油”含大量的水和表面活性剂，在运输和炼制原油前必须对其进行破乳脱水处理，深入研究乳状液稳定机理才能高效设计原油乳状液破乳剂，其中沥青质是导致乳状液稳定的主要界面活性物质。宋先雨老师利用耗散粒子动力学模拟研究发现：沥青质在界面多以“平躺式”多层自组装吸附在界面，由于沥青质结构中的稠环结构存在π-π共轭效应，导致沥青质界面膜具有刚性，从而使乳状液更稳定。聚丙烯酰胺的添加，会导致界面形成特殊的层-层自组装混合膜结构，以沥青质为内层，聚丙烯酰胺为外层，导致乳状液稳定性增强。以上结果弥补了实验研究的不足，在分子尺度上阐释了原油乳状液稳定机理。相关研究成果已发表在J. Phys. Chem. C（化学二区top，DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b12168，论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.6b12168）。

二、聚合物在疏水纳米表面吸附行为研究

聚合物在疏水纳米表面吸附会改变纳米表面的物理化学性质，因此，在表面涂层，载药与释放、表面润湿和润滑方面有着巨大的潜力。宋先雨老师研究不同结构了Pluronic聚合物（EO-PO-EO）在疏水表面吸附行为，研究结果发现：随着Pluronic聚合物的EO摩尔比和分子量下降，Pluronic共聚物在疏水表面上会产生三种吸附形态转变：由蘑菇或半球形态逐渐向半球形和矩形刷转变。相关研究成果已发表在Langmuir（化学二区top，DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b02414，论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.langmuir.6b02414）。

不仅如此，他还利用粗粒化分子动力学研究了纳米材料疏水性质对聚合物F127在纳米材料吸附的影响，结果发现：纳米材料疏水度对F127在纳米材料上吸附影响较小，但聚合物浓度的变化却导致了自组装膜形态转变：在较低浓度时，聚合物卷曲地附着在纳米颗粒表面，类似形成层状的壳层结构覆盖在纳米颗粒表面；随着浓度的提高，层状的壳层结构逐渐消失，聚合物高分子链伸向溶剂相，自组装膜的有序性增强，最终形成星形自组装膜。以上研究成果已发表在RSC Advances（化学二区，DOI: 10.1039/C6RA18739K，论文链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/ra/2016/c6ra18739k#!divAbstract）。

三、两亲性纳米片（nanosheets）自组装模拟

Janus纳米材料因其在软物质和材料学科中巨大的应用潜力（包括新型传感器、表面活性剂等）在近年来已经引起了极大的关注。两亲纳米片材料因其形状高度各向异性和易于设计的化学性质，两亲纳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两亲纳米片，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：两亲纳米片分子高度地“平躺式”吸附在油/水界面，而接枝聚合物分别伸向水相、油相中，论文还解释了两亲性纳米片界面活性强的原因：（a）由于其特殊的二维对称性及结构，在界面吸附具有高度限制性的旋转;（b）纳米片在界面吸附具有空间位阻效应；（c）亲水亲油平衡（HLB）值接近1，展示出较强的乳化能力。以上研究结果表明两亲纳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。以上研究成果已发表在Phys. Chem. Chem. Phys.（化学二区top，DOI: 10.1039/C6CP08654C，论文链接：http://pubs.rsc.org/is/content/articlelanding/2017/cp/c6cp08654c#!divAbstract）

进校以来，宋先雨老师以我院为工作单位，以第一作者或通讯作者发表5篇SCI，相关研究成果已受到国内外学者广泛关注。