反胶束微乳液及其在无机纳米粒子制备中应用

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1、http://www.paper.edu.cn反胶束/微乳液及其在无机纳米粒子制备中的应用耿佳佳，王金渠，殷德宏大连理工大学吸附与无机膜研究所，（116012）E-mail:wjinqu@dlut.edu.cn摘要：综述了W/O微乳液的结构特征、W/O微乳液作为纳米反应器的原理以及微乳液的选择标准。讨论了微乳液法制备纳米粒子的条件对纳米粒子特征的影响。介绍了微乳体系在制备无机纳米粒子中的应用。指出应该加强对纳米粒子生成反应动力学的研究，并注意改善表面活性剂的回收率以降低制备成本。关键词：反胶束微乳液纳米粒子1.引言纳米材

2、料是指其粒径范围在5～100nm之间的超细材料，因此纳米材料又称超微细材料。从广义上讲，纳米材料是指至少一维处于纳米范围的材料。纳米材料由于特征尺寸的减小而表现出与宏观物质大不相同的物理化学性质，使其与宏观材料相比具有一系列优异的物理化学性质，具有广泛的应用前景。所以，纳米材料的研究己经成为目前材料科学研究中的一个热点，引起了科学界和企业界的极大关注。目前,已经报道的制备工艺方法主要有以下几种[1]：物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、等离子体法、惰性气体凝聚法、共沉淀法、水热法、水解法、溶胶—凝胶法、电

3、弧放电法、气体蒸发法、磁控溅射法、激光诱导CVD、等离子加热气相合成法、非水溶剂合成法、超临界液相合成法和超声波合成法等。以上这些常用的制备方法，能够满足制备一般粉体的要求，但不易制备出纳米级的均匀分散的粒子。因此，很多研究人员开始探索超细颗粒的制备方法。近些年来,一些更为优越的制备方法相继应运而生：如微乳液水热法、微波法、超重力技术法等，成功地制备了金属、合金、氧化物、氮化物、离子晶体和半导体等多种无机超细微材料。其中W/O型微乳液法作为一种新的制备纳米材料的方法，具有实验装置简单，操作方便，应用领域广,并且有能够控制

4、颗粒的大小等优点。在超细粉体，尤其是纳米级粒子的制备方面有独特的优点，目前该方法逐渐引起人们的重视和极大兴趣。2.反胶团或油包水型微乳液及其作为微反应器的原理2.1反胶团/微乳液以及用于制备纳米粒子的微乳体系反胶团是指表面活性剂溶解在有机溶剂中，当其浓度超过临界胶束浓度(CMC)后，形成亲水极性头向内，疏水链朝外的液体颗粒结构（图1）。反胶团内核可增溶水分子，形成水核。颗粒直径小于10nm时称为反胶团，颗粒直径介于10～200nm时称为W/O型微乳液（以下简称微乳液）。反胶团/微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂和有机

5、溶剂四部分组成。最常见的表面活性剂有AOT（二(2-乙基己基)磺酸琥珀酸钠），它不需要助表面活性剂存在即可以1http://www.paper.edu.cn形成反胶团或微乳液。阴离子表面活性剂如SDS（十二烷基磺酸钠）、DBS（十二烷基苯磺酸钠），阳离子表面活性剂如CTAB（十六烷基三甲基溴化铵），以及非离子表面活性剂如TritonX系列（聚氧乙烯醚类）等也可以用来形成反胶团或微乳液，作为制备纳米粒子的反应介质。形成反胶团或微乳液常用非极性溶剂，如烷烃或环烷烃等。常用的助表面活性剂一般是4～8个碳的醇。IIIAqueou

6、sPhaseMixIandIIOilPhaseCollisionandCoalescenceofabPervasionDropletsa.Reversed-micelleb.w/omicroemulsionChemicalS—surfactantPrecipitateReactionC-S—cosurfactant图1反胶团和微乳液的示意结构图2微乳液纳米反应器原理图Fig.1RepresentativestructureofreversedFig2.Mechanismsofmicro-emulsionreactorsm

7、icelleandw/omicro-emulsion2.2微乳液作为纳米反应器的原理及微乳体系的选择[2]采用W/O微乳体系制备纳米微粒时,微粒的形成一般有三种情况:(1)将两个分别增溶有反应物的微乳液Ⅰ、Ⅱ混合（图2），此时由于胶团颗粒间的碰撞、融合、分离和重组等过程，使两种反应物在胶束中互相交换、传递及混合，引起核内的化学反应。(2)一种反应物增溶在水核内形成微乳液体系，另一种反应物以水溶液形式与微乳液混合,后者在微乳液体相中扩散，透过表面活性剂膜层向水核内渗透，并发生化学反应,产生晶核并生长。(3)一种反应物增溶在

8、水核内，另一种为气体，将气体通入液相中，充分混和使二者发生反应而制备纳米微粒。不论哪一种形成方式，反应都是在W/O微乳液滴内部进行，所以颗粒大小受到控制。胶团的再交换要求表面活性剂膜的曲率发生巨大变化，从能量观点看，这是难以实现的，物质的再交换受到限制。这就是微乳液作为纳米反应器的原理。2http://www.pap