表面化学在化学中的应用

1、表（界）面化学在化学领域中的应用物质间的相界面有气液界面、气固界面、液固界面、液液界面、固固界面五种。习惯上将气相与液相、固相的界面称为表面，如固体表面、液体表面。其他的称为界面。一般两者可以通用。界面化学是研究物质在多相体系中表面的特征和表面发生的物理和化学过程及其规律的科学。这就是说界面化学研究内容不仅仅局限于化学过程和规律，对界面体系特征和物理过程和规律也进行研究。（由于胶体体系中也存在相界面且其比表面积大，胶体化学也属于界面化学。不过现在它已经发展为一门独立的学科；饿）界面化学与人们日常生活和工农业生产密不可分。像明矾净水、肥皂去污、人工降雨、原油去水都是界面化学的研究内容。1 表界面

2、化学在无机材料中的应用表界面化学可概括许多表面或界面现象，其在人们的日常生活中非常普遍。本文首先研究表界面在单一无机材料中的应用。（1）金属材料的腐蚀：将Cr镀在不锈钢表面，由于Cr对空气或氧以及酸类有很大的惰性，可使钢材防腐蚀。（2）表面活性剂的开发：人们熟悉的如肥皂、涤剂、清洁剂等，都是表面有活性的物质。在工业生产领域里，纺织、造纸、矿山都离不开高效工业表面活性剂，就连实现强化采掘油也需加入表面活性剂以有效地降低岩芯与石油混合物之间的表面张力以及黏度。（3）催化作用：目前全世界约有85左右的化学产品是经催化作用实现的。如合成氨、合成橡胶、费托合成(由CO及H两个简单的无机分子经催化剂的作用

3、转化成一系列烷烃、烯烃、芳烃以及醇醛等含氧有机化合物)，以及由煤经液化或气化，进行碳化学的催化过程等，都同催化剂的表面性质和分子同催化剂表面的反应性能密切相关。近些年来，由于表面技术的发展及应用，人们愈来愈多地使用金属及氧化物单晶材料来模拟复杂催化剂的活性组分，从而获得十分有用的结论。2 表界面化学在复合材料中的应用为了克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围，研究人员以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合成一种新型材料即复合材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，得到重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好

4、等特点。复合材料的基体材料分为无机和有机材料两大类，增强材料主要有各种纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。在2005年南京复合材料技术发展的研讨会中描述了复合材料界面理论研究、界面改性技术、新型界面改性剂、界面层结构及形态与材料性能的关系，界面层及其性能的表征和参数测试技术，并分析了当前聚合物基复合材料的研究状态和发展趋势。3.1 聚苯胺多级结构的形貌可控合成 聚苯胺导电高分子的形貌可控合成及其应用是当前导电高分子研究领域的热点，聚苯胺多级结构的导向自组装是形貌调控的前沿课题，基于聚苯胺活性载体负载贵金属纳米催化剂受到人们越来越多的关注。笔者等在该方向做出许多国际领先成果，其中包括: 在无任何添加

5、剂的水溶液中通过苯胺的氧化聚合制备了聚苯胺多级结构纳米纤维编织的微米席; 通过在较低氧化剂/单体摩尔比条件下氧化聚合苯胺稀溶液，成功实现了聚苯胺二维片结构与三维花状多级超结构的制备，该室温、低氧化剂的方法非常简便、温和及可控，为构建共轭聚合物多维或多级纳米结构提供了新方法; 利用表面活性剂单分子导向聚苯胺的化学合成与纳米结构的组装，在阴离子表面活性剂溶液中制备了一种新型聚苯胺矩形亚微米管; 在提出聚苯胺衍生物微/纳结构调控新方法的基础上，将聚苯胺衍生物应用于贵金属纳米催化领域，成功地制备了聚苯胺衍生物负载金、钯纳米催化剂，其中聚邻巯基苯胺负载金纳米催化剂催化低活性氯苯与苯硼酸的Suzuki 偶

6、联反应的产率达到90%，是用金纳米粒子催化Suzuki 偶联反应的首例报道; 聚邻苯二胺负载金纳米催化剂催化醇选择性氧化产率高达95%以上，该研究不仅成功制备了聚苯胺衍生物负载贵金属纳米催化剂，取得了很好的催化效果，还为拓展导电高分子材料在贵金属纳米催化剂领域的应用提供了理论基础。此外，胶体与界面化学在润滑材料的制备中也有重要应用。薛群基课题组发现，将纳米颗粒，如ZrO2、SiC，作为润滑添加剂引入热塑性的聚醚醚酮( PEEK) 中能显著提高其润滑性能。同时，他们还发现，自组装的C60膜和LB 膜也具有较高的润滑性能。这些润滑材料在航天、航空等高技术领域具有重大应用。3.2超分子两亲分子的设计

7、与组装 最近，张希院士课题组在超两亲分子可控组装方面取得了显著进展，通过构筑超两亲分子表面活性剂，实现了对分子两亲性的调控，并由此发展了自组装纳米结构的可控制备方法。基于主客体相互作用，利用-环糊精基团之间主客体相互作用的光可控特性，设计并制备了轮烷型超两亲分子，并用于构筑可选择性吸附和脱附生物大分子的功能表面。基于电荷转移作用制备了双头两亲型的超分子表面活性剂。通过合成一种末端含富电子芘基团的表面活性剂( PYR) ，证实PYR在水中可自组装形成管状结构。同时，还合成了含二硝基苯基团的DNB 分子，将PYR 和DNB 分子预组装形成一种电荷转移复合物作为一种超分子表面活性剂，可在水相中自组装

8、形成囊泡状的结构。基于氧化还原响应特性，将紫精分子作为电荷转移复合物的电子受体来制备超分子表面活性剂，其组装结构可实现在无规聚集体和囊泡之间的可逆转换，具有可逆性好以及制备方法简易等诸多优点。通过水溶液中的电荷转移相互作用构筑的一种超分子表面活性剂，在水溶液中能自组装形成超长纳米纤维，其弯曲度能通过控制pH 实现可逆调节。最近，他们又将光响应的孔雀绿分子引入到超两亲分子中，制备了光响应的超分子表面活性剂，将来有望用于制备响应性的纳米导线。 材料的表面和界面的好坏是直接影响材料性能的关键因素之一，进而影响其在生产实践中的应用。尤其是具有优良性能的复合材料，当材料受到外力作用时，除增强材料和基体受力外，界面亦起着极其重要的作用。复合材料的强度、刚性和韧性是代表物理机械性能的重要指标，对复合材料进行界面改性使两相界面具有合适的黏附力，形成一个相互作用匹配且能顺利传递应力的中间模量层，以提高聚合物基复合材料的力学性能一直是高分子材料科学的重要研究领域。随着各种新型材料的研制，表界面化学知识的应用范围将不断推广。参考文献1刘佳,程山. 表界面化学在材料研究中的应用J. 化工中间体,2013,08:1-3. 2黄晓莹. 用于复合材料的SiC颗粒表面改性研究D.沈阳理工大学,2009. 3