軟顆粒在液-液界面吸附及界面催化

楊恒權

山西大學化學化工學院，太原 030006

軟顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液及界面催化。

Pickering乳液是由吸附在水油兩相界面上的顆粒穩(wěn)定的乳狀液，而這些顆粒的界面脫附往往需要很高的熱力學脫附能，使得Pickering乳液具有良好的穩(wěn)定性1。相比于傳統(tǒng)的表面活性劑穩(wěn)定的乳液，顆粒在液液界面的存在不僅有效阻止了乳滴間的聚結合并，還賦予了乳液環(huán)境響應性，如pH、溫度2。因此，Pickering乳液被廣泛應用于醫(yī)藥、催化、材料、能源、食品等領域3-5。諸多顆粒被證明可以作為Pickering乳液的乳化劑，如二氧化硅納米球、聚苯乙烯微球、碳酸鈣顆粒等。除此以外，軟顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液越來越引起了研究者的興趣，而最具代表性的便是微凝膠粒子(microgel)6和蛋白質顆粒。

不同于硬顆粒，軟顆粒在乳液界面的吸附行為更加復雜，受到顆粒的形貌和界面形變影響。近年來，香港中文大學魏濤教授課題組對于微凝膠粒子穩(wěn)定的Pickering乳液和顆粒界面行為開展了大量的研究工作7。然而，微凝膠由于其吸水溶脹的特性，往往只能用來制備水包油(o/w)型Pickering乳液。盡管微凝膠穩(wěn)定的o/w型乳液在乳液催化應用上展現(xiàn)了良好的應用前景，但限制了油溶性反應物的催化反應，如酯化反應。近期，香港中文大學魏濤教授課題組聯(lián)合華南理工大學和江南大學共同研究了復合粒子協(xié)同穩(wěn)定的油包水(w/o)型Pickering乳液催化體系8，有效地解決了微凝膠粒子難以用于w/o乳液界面催化的問題。

在該方法中，他們使用了疏水性的二氧化硅納米顆粒和具有pH響應性的微凝膠粒子，共同作為乳化劑制備出了w/o乳液。不僅如此，利用微凝膠粒子的pH響應性，還可以將脂肪酶在溫和的條件下物理封裝于微凝膠聚合物網(wǎng)絡中。而在乳化的過程中，該微凝膠粒子既發(fā)揮了乳液穩(wěn)定的作用，又將酶“固定”在水油界面上，以達到高效界面催化的目的。此類運用復合粒子協(xié)同穩(wěn)定乳液的方法有效地避免了復雜的顆粒表面改性及酶在封裝過程中失活的問題，為微凝膠在界面催化領域的應用提供了新的研究思路。

除了微凝膠粒子，近年來基于蛋白質的軟顆粒制備的Pickering乳液也被大量研究，尤其在食品領域9。然而對于這類食品級軟顆粒的界面催化研究卻鮮有報道。華南理工大學尹壽偉教授和香港中文大學魏濤教授課題組合作報道了純酪蛋白酸鈉(NaCas)作為唯一乳化劑制備性能優(yōu)異的pH響應 Pickering乳液體系10，并證明通過簡單地改變pH值便可觸發(fā)100次循環(huán)，這在任何蛋白質穩(wěn)定的乳液系統(tǒng)中從未觀察到。更重要的是，即使在敏感和復雜的環(huán)境中，例如飽和鹽溶液(NaCl 6.1 mol·L-1)或海水中，NaCas穩(wěn)定的Pickering乳液也能保持其pH響應特性。

此外，在玉米醇溶蛋白(zein)或SiO2等常規(guī)納米顆粒上修飾一層NaCas時，所制備的Pickering乳液可以穩(wěn)定循環(huán)10次以上。NaCas的這種獨特性質可以使傳統(tǒng)的Pickering乳液轉變?yōu)閜H響應的Pickering乳液?；诖耍麄儗⒕哂写呋钚缘慕鸺{米團簇(Au NCs)負載到NaCas蛋白中，成功實現(xiàn)了蛋白質軟顆粒穩(wěn)定的乳液及界面催化，為綠色高效及可持續(xù)催化提供了新方向。

上述研究工作近期分別在ACSApplied Materials&Interfaces和ChemicalScience上在線發(fā)表8,10。軟顆粒在Pickering乳液的實際應用方面，尤其是界面催化領域具有極大的應用前景。