Gemini表面活性剂合成进展

Gemini表面活性剂合成进展一、本文概述Gemini表面活性剂，也被称为双尾表面活性剂，是一类具有两个亲水头部和两个疏水尾部的特殊表面活性剂。由于它们独特的分子结构和优良的物理化学性质，Gemini表面活性剂在各个领域都展现出了广泛的应用前景，尤其是在石油化工、材料科学、环境科学和生命科学等领域。近年来，随着科研工作的深入和技术的不断进步，Gemini表面活性剂的合成研究取得了显著的进展。本文旨在全面综述Gemini表面活性剂合成的最新研究进展，通过对不同合成方法、反应机理以及影响因素的深入探讨，为相关领域的科研人员提供有价值的参考。文章首先介绍了Gemini表面活性剂的基本结构和性质，然后重点分析了各种合成方法的特点和优缺点，接着讨论了合成过程中的关键因素和控制策略，最后展望了Gemini表面活性剂未来的发展趋势和应用前景。通过阅读本文，读者可以对Gemini表面活性剂合成的研究现状有一个清晰的认识，同时也能了解到该领域的研究热点和发展方向，为未来的科学研究和技术创新提供有益的启示。二、表面活性剂的合成方法表面活性剂，又称为界面活性剂，是一类在溶液中能够显著降低表面张力的化合物。Gemini表面活性剂，作为一种特殊的表面活性剂，其独特的双头基结构赋予了其优异的性能。随着科学技术的发展，Gemini表面活性剂的合成方法也在不断演进和优化。传统合成法：早期的Gemini表面活性剂合成通常采用传统的化学合成方法，如酯化、酰胺化、醚化等反应。这些方法通常需要多步反应，操作复杂，且产率不高。它们为Gemini表面活性剂的基础研究提供了可能。点击化学法：近年来，点击化学在Gemini表面活性剂合成中的应用逐渐增多。点击化学以其高效、简便、选择性高等特点，为Gemini表面活性剂的合成开辟了新的途径。例如，通过硫醇-烯点击反应，可以方便地合成各种结构的Gemini表面活性剂。模板法：模板法是一种新兴的Gemini表面活性剂合成方法。它利用模板分子的特定结构和性质，引导反应朝着预定方向进行。这种方法可以精确控制Gemini表面活性剂的结构和性质，从而实现对其性能的优化。生物催化法：随着生物技术的不断发展，生物催化法在Gemini表面活性剂合成中的应用也日益增多。生物催化法具有环保、高效、选择性高等优点，为Gemini表面活性剂的绿色合成提供了新的思路。Gemini表面活性剂的合成方法正在不断发展和优化。未来，随着科学技术的进步，我们相信会有更多高效、环保、简便的合成方法被开发出来，推动Gemini表面活性剂的应用和发展。三、表面活性剂的结构与性能关系表面活性剂的结构与性能之间存在着密切的关系，其性能受到分子结构中的亲水基团、疏水基团以及连接两者的链长等因素的影响。Gemini表面活性剂作为一种特殊的表面活性剂，其分子结构中的两个亲水基团通过一定的间隔基团相连，形成了一种独特的哑铃型结构。Gemini表面活性剂的两个亲水基团使得其在水溶液中的溶解度大大提高，同时，这种结构也使得其在界面上的排列更加紧密，从而提高了降低表面张力的能力。间隔基团的长度和性质对Gemini表面活性剂的性能也有重要影响。较长的间隔基团可以增加分子间的距离，降低分子间的相互作用力，使得表面活性剂在溶液中更容易分散；而较短的间隔基团则可能使得分子间的相互作用力增强，导致表面活性剂在界面上的排列更加有序。Gemini表面活性剂的疏水基团对其性能也有重要影响。疏水基团的性质和长度可以影响表面活性剂在油水界面的吸附行为和稳定性。一般来说，疏水基团越长，表面活性剂在油水界面的吸附能力越强，形成的界面膜越稳定。过长的疏水基团也可能导致表面活性剂在水溶液中的溶解度降低，从而影响其应用性能。Gemini表面活性剂的分子结构还可以通过改变连接亲水基团和疏水基团的链长来调控其性能。链长的增加可以使得表面活性剂在溶液中的溶解度降低，但是在某些情况下，也可以提高其降低表面张力的能力和稳定性。通过合理设计Gemini表面活性剂的分子结构，可以实现对其性能的精确调控，以满足不同应用领域的需求。Gemini表面活性剂的结构与性能之间存在着复杂的关系，其性能受到分子结构中的亲水基团、疏水基团以及连接两者的链长等因素的影响。通过深入研究这些影响因素，可以为Gemini表面活性剂的设计和应用提供理论基础和指导。四、表面活性剂的应用领域Gemini表面活性剂，作为一种新型的表面活性剂，其独特的结构和性质使其在多个应用领域都展现出广阔的前景。以下将详细介绍Gemini表面活性剂在几个主要应用领域中的使用情况。石油工业：在石油工业中，Gemini表面活性剂可以作为优良的乳化剂和润湿剂，用于提高原油的采收率。其双头基的结构使得其在油水界面上的吸附更为稳定，从而更有效地改变油水界面的性质，有利于原油的开采。化妆品和个人护理产品：Gemini表面活性剂因其优异的稳定性和温和性，在化妆品和个人护理产品中有着广泛的应用。它可以作为乳化剂、稳定剂、增稠剂和保湿剂等，用于制造乳液、洗发水、沐浴露等产品。其双头基结构使得其在界面上的活性更高，能够提供更好的保湿和清洁效果。纳米材料制备：Gemini表面活性剂在纳米材料制备中也发挥着重要作用。它可以作为模板剂、稳定剂或导向剂，用于制备纳米颗粒、纳米管、纳米线等纳米材料。其双头基结构使得其能够与纳米材料形成更紧密的结合，从而制备出更稳定、性能更优异的纳米材料。环境科学和水处理：Gemini表面活性剂在环境科学和水处理领域也表现出良好的应用前景。它可以作为表面活性剂增强土壤洗脱技术中的洗脱效率，也可以用于制备高效的水处理剂，如去油剂、脱色剂等。其优异的稳定性和生物降解性使得其在环保领域具有广泛的应用前景。Gemini表面活性剂在石油工业、化妆品和个人护理产品、纳米材料制备以及环境科学和水处理等领域都有着广泛的应用。随着对其结构和性质的深入研究，相信其在未来的应用前景将更加广阔。五、表面活性剂合成的研究进展随着科技的进步和化学研究的深入，Gemini表面活性剂的合成技术也在不断发展。近年来，研究者们在表面活性剂的设计、合成和应用方面取得了显著的进展。设计理念的革新：传统的表面活性剂设计主要关注单一分子的性能，而Gemini表面活性剂的设计则更注重分子间的相互作用和协同效应。通过精确控制分子结构和官能团，研究者们能够创造出具有独特性能的新型Gemini表面活性剂。合成方法的创新：随着新型合成技术的发展，如纳米技术、微乳液技术等，Gemini表面活性剂的合成方法也日益多样化。这些新方法不仅提高了合成效率，还使得产品具有更高的纯度和更好的性能。性能优化的研究：研究者们通过改变Gemini表面活性剂的分子结构、官能团和链长等因素，对其性能进行优化。例如，通过引入特殊的官能团，可以增强Gemini表面活性剂在水溶液中的稳定性和分散性；通过调整链长，可以改变其在界面上的吸附行为和润湿性能。应用领域的拓展：随着Gemini表面活性剂性能的不断提升，其应用领域也在逐步拓展。目前，Gemini表面活性剂已经广泛应用于石油开采、环境保护、化妆品和医药等领域。随着纳米技术和生物技术的快速发展，Gemini表面活性剂在纳米材料制备和生物医药领域的应用也展现出广阔的前景。Gemini表面活性剂的合成研究取得了显著的进展，不仅在设计理念、合成方法上有所创新，还在性能优化和应用领域拓展方面取得了重要突破。未来，随着科技的不断进步和化学研究的深入，相信Gemini表面活性剂的合成技术将会更加成熟和完善，为各个领域的发展提供更有力的支持。六、结论随着科学技术的不断进步，Gemini表面活性剂作为一种新型、高效的表面活性剂，其合成及应用研究已取得了显著的进展。本文综述了Gemini表面活性剂的合成方法及其性能特点，对各类合成方法进行了详细的分析和评价。在合成方法上，Gemini表面活性剂的合成路线已经由最初的单一方法发展到现在的多种合成策略，包括直接合成法、两步法、点击化学法等。这些方法的出现不仅丰富了Gemini表面活性剂的合成手段，也为制备具有特定结构和性能的新型Gemini表面活性剂提供了可能。在性能特点上，Gemini表面活性剂因其独特的双亲水基团结构，在降低表面张力、提高润湿性能、增强乳化能力等方面表现出优于传统表面活性剂的性能。Gemini表面活性剂还具有良好的生物降解性和环境友好性，这为其在绿色化学和可持续发展领域的应用提供了广阔的前景。尽管Gemini表面活性剂的合成和应用研究取得了显著的成果，但仍存在许多挑战和问题需要解决。例如，如何进一步优化合成方法，提高产物的纯度和收率；如何深入研究Gemini表面活性剂的结构与性能关系，为其应用开发提供更坚实的理论基础；如何拓展Gemini表面活性剂的应用领域，实现其在更多领域中的广泛应用等。Gemini表面活性剂作为一种新型、高效的表面活性剂，其合成及应用研究具有重要的意义。未来，随着科学技术的不断发展和人们对绿色、可持续化学需求的不断增加，Gemini表面活性剂的研究将越来越受到重视。我们期待在未来能够看到更多关于Gemini表面活性剂的创新性研究和应用成果。参考资料：Gemini表面活性剂的出现为表面活性剂领域开辟了新途径。它是通过联接基将2个或2个以上的传统表面活性剂分子在亲水基或接近亲水基处连接在一起的新型表面活性剂。Gemini表面活性剂至少有两个疏水碳氢链、两个极性头基和一个联接基团；联接基团可长、可短、可刚性、可柔性、可极性、可非极性；根据极性头基为阳离子、阴离子或非离子可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子Gemini表面活性剂；根据两极性头基和疏水链结构可分为对称Gemini表面活性剂和不对称Gemini表面活性剂。Gemini表面活性剂在油气开采、化学化工、纳米材料、生物技术、日用化学等领域应用前景广阔。Gemini表面活性剂因特殊的结构和优异的表面性能吸引了人们的眼球，引起了科研工作者的强烈兴趣。对Gemini表面活性剂的相关研究，最早的报道可以追溯到1937年，以环状或直链的脂肪醇硫酸酯与二苯醚经缩合反应生成，由于反应的转化率不高，所以并未引起科研工作者的高度重视。直至1946年，FrederickC.Bersworth在美国专利US2，524，218上报道了一种螯合性、润湿性以及分散性均较强的新型洗涤助剂，成为了报道最早的羧酸盐型阴离子表面活性剂。1988年后，Gemini表面活性剂的合成有了新的突破性进展，如1990年日本大阪大学ZhuY-P和OkaharaM合成的联结基团是柔性联结基的双烷烃链阴离子表面活性剂，从此Gemini表面活性剂的合成工作才开始真正系统化地展开。1991年，美国科学家MengerFM合成了双烷烃链季铵盐阳离子和阴离子表面活性剂，这类表面活性剂的亲水头基是由刚性基团1，4-二亚甲基苯基联结。同时鉴于此类表面活性剂的结构中含有两分子相同的单体表面活性剂，类似于孪连体或者孪生体，因Gemini在天文学上意为双子星座的意思，即取名为“Gemini表面活性剂”。Gemini表面活性剂较传统表面活性剂而言，合成条件较为苛刻，原料价格比较昂贵，提纯工作较难进行，所以国内的研究起步相对较晚。根据相关文献报道，最早是在1997年由大连理工大学的王江等人首先合成的两性离子Gemini表面活性剂，同时将其成功地应用于浓乳液之中，此项研究使我国Gemini表面活性剂的研究工作快速地展开，如从设计分子结构开始，到表面活性剂的界面行为研究，以及胶束行为和溶液中聚集体的性质研究等，以便得到我们所预期的高性能产品，在此基础上更全面地研究了Gemini表面活性剂与传统表面活性剂的复配行为等，使我们对Gemini表面活性剂的各种优异性能得到了一个全面系统的认识。1999年，福州大学的赵剑曦教授对Gemini表面活性剂的研究进展进行了梳理与整合，并在《化学进展》上发表了第一篇有关Gemini表面活性剂方面的国内综述，译名为“双子表面活性剂”从此引起我国科学工作者的浓厚兴趣。与经典表面活性剂的分子结构不同，Gemini的分子中至少含有两个亲水基(离子或极性基团)和两条疏水链，在其亲水基或靠近亲水基处，由联接基团(sPacer)通过化学键(共价健或离子键)联接在一起。组成eGmiinS的亲水基可以是阳离子(如季按盐)、阴离子(如磷酸盐、硫酸盐、磺酸盐和竣酸盐等)、两性离子、非离子和阳阴离子(catanioni)或离子对(ion-poired)等。疏水部分一般为CH链(长度约8一20个C原子，有时含有氧或苯基)，最近亦有CF链出现。而联接基团则品种繁多，可以是短链(2个原子)或长链(20多个原子)；刚性链(如二苯乙烯)或柔性链(如多个亚甲基)；极性链(如聚醚)或非极性链(如脂肪族和芳香族)等。Gemini分子的整体结构也可以是不对称的，在Gemini的分子结构中，两个(或多个)亲水基依靠联接基团通过化学键而联接，由此造成两个(或多个)表面活性剂单体相当紧密的结合。这种结构，一方面增强了碳氢链的疏水作用，使疏水基团自水溶液中逃逸的趋势增大；另一方面，受化学键限制，离子头基间由于电性排斥作用而相互分离的倾向被大大削弱.联接基团的介人及其化学结构、联接位置、刚性程度及链长等因素的变化，将使Gemini的结构具备多样化的特点，进而对其溶液和聚集体行为等性质产生影响，使之具备更加优良的物理化学特性，如:降低水溶液表面张力的能力和效率更加突出；很低的Kraff点；良好的泡沫稳定性、Ca皂分散力、润湿、增溶、抗菌和洗涤能力等。短链和长链。短链可以是最短的－CH2－，也可以是有限的几个C的链段。长链可以是数数百个C组成的链段，也可以是一条高分子链。考虑到Gemini表面活性剂的实际用途，所采用的高分子链段的水溶性要相当优良。刚性链和柔性链。刚性链的链段:苯基、二苯甲烯，乙烯等。柔性链段:－CH2－、－CH2=CH－O－、－CH2－CH=CH－O－和其他杂原子柔性基。极性链和非极性链。极性链:聚醚、二糖。非极性链:脂肪族和芳香族。实验表明：联结基团的种类、长度对Gemini表面活性剂的cmc有很大的影响。联结基柔性且亲水时，其cmc值最小；联结基柔性且疏水时，cmc值稍高；联结基刚性且疏水时，cmc值最高。Gemini表面活性剂分子结构中因含有两个亲水头基，水溶性较好。非离子Gemini表面活性剂分子结构中，联结基团为—EOx—（=1～3），其二钠盐和四钠盐均具有极好的水溶性。羧酸盐型、磷酸酯盐型、磺酸盐型和硫酸酯盐型阴离子Gemini表面活性剂分子结构中，联结基团中醚氧原子联结两个亲水基，增强了离子的亲水性，Krafft点均在0℃以下，亲水性极好。Gemini表面活性剂分子结构中含两条疏水链和两个亲水头基，联结基将两个亲水基紧密相连，削弱了亲水头基之间的静电斥力与水化层之间的相互作用力，同时增强了疏水链之间的相互排斥作用，使表面活性剂分子在水溶液中的排列更加密集，分子之间更容易在体相内部聚集形成胶束或者胶团，进而更容易降低溶液的表面张力。表面活性剂的双亲结构使其更容易在界面发生定向吸附，从而具有良好的润湿性能。Gemini表面活性剂分子中含有两个极性基团和两个非极性基团，这样更容易在固体表面形成非极性基团朝向气体，极性基团朝向固体的定向排列的吸附层，自由能高的固体表面因碳氢链的覆盖而转变为低的自由能表面，从而使润湿性增强。表面活性剂在水溶液中往往呈现不同形状的聚集体形态，如胶团、双层膜或液晶形态，聚集体的不同形态与溶液的流变性有着密切的联系。Gemini表面活性剂溶液的流变性独特，与溶液的浓度有极大的关系。当表面活性剂溶液的浓度很低时，溶液黏度近似于水；当溶液浓度增加至某一特定值时，黏度随溶液浓度的增大而迅速增大，甚至可达6个数量级，这是因为Gemini表面活性剂分子或离子在水溶液中容易聚集成棒状或者线状的大尺寸胶团，随浓度的增大棒状或线状的胶团缠结成网状结构，导致溶液粘度急剧增大，在某一浓度下黏度达到最大；然而当表面活性剂溶液浓度进一步增大时，溶液的黏度反而下降，原因是当溶液浓度进一步增加时，导致分子聚集体的形态发生变化，缠结的网状胶团结构遭受破坏，溶液粘度反而下降。Gemini表面活性剂有着优于普通表面活性剂的许多特殊性能，已经广泛地应用于生产生活的各个领域，如石油、化工、医学及生物学等各个领域。因为Gemini表面活性剂具有较高的表面活性，可在用量极少的情况下达到更甚至超过普通表面活性剂的效率，可作为高效的洗涤剂和乳化剂原料，不仅缩减了原料用量，同时也较少了副产物的含量，符合节约能源和环境友好的要求。同时Gemini表面活性剂对皮肤和眼睛的刺激性相对较低，可用于化妆品以及个人护理品行业；Gemini表面活性剂具有较低的cmc值，在较低浓度范围内即可形成胶束，对有机物起到增溶作用，可用于高效的增溶剂；此外Gemini表面活性剂还具有极好的发泡性、润湿性以及乳化性，可作为润湿剂、乳化剂等用于常规领域，同时由于其在其它方面的特殊性能，在一些新领域的应用也受到了广泛的研究。阳离子季铵盐Gemini表面活性剂具有良好的杀菌抑菌性能，王贻杰研究了季铵盐Gemini表面活性剂C12-S2En-C12·2Br(n=1，3)和C12-S2-C12·2Br（s=2，3，4，6)的杀菌效果，研究结果表明此类型表面活性剂杀死金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及白色念珠菌的能力均强于传统表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB。Gemini表面活性剂在水溶液中可形成形状可控的胶束，可用于生物酶的分离和纯化；Gemini表面活性剂在有机相中又可以形成反向胶束，在生物技术领域有广泛的应用前景；而一些脂类Gemini阳离子表面活性剂与DNA发生络合作用，可作为基因载体携带基因转染至哺乳动物细胞。农业的飞速发展，导致专用肥料和复合肥料以及一些低毒高效农药的用量大大增加，这势必会使土壤和水域收到严重污染，利用表面活性剂来促进农业生产，有效降低环境污染，同时修复受污染的土壤和水域成为了近年来表面活性剂在农业技术领域的研究热点。如将Gemini表面活性剂或者经Gemini表面活性剂改性的无机或者有机纳米材料作为填埋废物的防渗添加剂，利用Gemini表面活性剂良好的增溶性，将其注入地下可有效驱除地下水中和吸附于土壤中的污染物，进而更高效的修复土壤以促进农业增产。Gemini表面活性剂在制备纳米材料领域中可用作模板剂和抗粘接剂。VanderVoort用阳离子Gemini表面活性剂做模板剂，通过改变疏水烷烃链长度和联结基团长度来制备不同晶格和不同孔径的纯硅胶。Tae-SooChoi研究了季铵盐阳离子Gemini表面活性剂作为一种染色助剂对尼龙6和聚酯纤维的染色作用，研究发现，体系中有Gemini表面活性剂时，尼龙6染色时呈现的分散系数较大，染色率远远高于仅有普通表面活性剂存在的体系。能源是当今人类社会赖以生存和发展的物质基础，随着经济和人类社会的飞速发展，能源的消耗量急剧增加，表面活性剂作为负载型功能材料引领着日化工业的快速发展，也可作为功能性助剂应用于新能源与高效节能技术领域，近年来，性能优异的Gemini表面活性剂在燃料电池、乳化燃油以及三次采油中得到了广泛的应用。Gemini表面活性剂主要应用于环境保护的以下几方面：可作为浮选剂、混凝剂以及乳化分散剂等应用于表面处理过程；Gemini表面活性剂也可作为辅助药剂用于改进某些处理过程或者增进分析方法的灵敏度；Gemini表面活性剂还可作为某些对环境造成严重污染的化学品的替代品以减轻化学污染等；在工业上，Gemini表面活性剂还可作为水处理的缓蚀剂和阻垢剂等。Gemini表面活性剂是一类由两个疏水基团通过连接基团连接的化合物，其显著特点是具有低的表面张力、良好的润湿性、增溶和乳化等特性。磺酸盐型Gemini表面活性剂由于其具有良好的水溶性、热稳定性和化学稳定性，在许多领域如石油、化工、生物医学等得到了广泛的应用。本文将重点讨论磺酸盐型Gemini表面活性剂的合成研究进展。磺酸盐型Gemini表面活性剂的结构特点是，每个疏水基团都包含一个磺酸盐基团，而两个疏水基团之间通过连接基团相互连接。常见的连接基团包括烷基、聚氧乙烯等。这种结构使得Gemini表面活性剂具有比传统表面活性剂更低的临界胶束浓度（CMC），从而具有更高的表面活性。磺酸盐型Gemini表面活性剂的合成主要涉及三个步骤：亲水基团的设计与合成、连接基团的引入和磺酸盐的引入。具体过程如下：亲水基团的设计与合成：根据需求，设计并合成具有特定结构的亲水基团，如聚氧乙烯、磺酸盐等。连接基团的引入：将两个亲水基团通过烷基、聚氧乙烯等连接基团连接起来，形成Gemini分子结构。磺酸盐的引入：在Gemini分子的疏水基团上引入磺酸盐基团，以增加其水溶性和稳定性。近年来，研究者们在合成方法上的研究取得了显著的进展。例如，有研究者发现，通过改变连接基团的长度和亲水基团的类型，可以显著影响Gemini表面活性剂的表面活性、聚集行为和溶液性质。也有研究者尝试通过绿色环保的合成方法，如酶催化、无溶剂合成等来制备磺酸盐型Gemini表面活性剂，以降低生产过程对环境的影响。磺酸盐型Gemini表面活性剂具有良好的水溶性、热稳定性和化学稳定性，使其在众多领域具有广泛的应用前景。例如，在石油工业中，作为乳化剂和破乳剂，磺酸盐型Gemini表面活性剂可以有效改善石油产品的流动性，提高采收率。在生物医学领域，一些特殊的磺酸盐型Gemini表面活性剂具有良好的生物相容性和药物载体潜力，为药物输送、基因治疗等提供了新的可能性。磺酸盐型Gemini表面活性剂在环保、化妆品、农业等领域也有广泛的应用。磺酸盐型Gemini表面活性剂因其独特的结构和优良的性能，受到了广泛的和研究。对于其合成方法的研究，不仅可以提高制备效率，降低生产成本，还有助于进一步扩展其应用领域。目前对于其合成方法的研究仍面临许多挑战，如反应条件的优化、副产物的处理、工业化生产的可行性等问题。未来，需要研究者们进一步深入探索，以实现磺酸盐型Gemini表面活性剂的绿色、高效合成。Gemini表面活性剂的出现为表面活性剂领域开辟了新途径。它是通过联接基将2个或2个以上的传统表面活性剂分子在亲水基或接近亲水基处连接在一起的新型表面活性剂。Gemini表面活性剂至少有两个疏水碳氢链、两个极性头基和一个联接基团；联接基团可长、可短、可刚性、可柔性、可极性、可非极性；根据极性头基为阳离子、阴离子或非离子可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子Gemini表面活性剂；根据两极性头基和疏水链结构可分为对称Gemini表面活性剂和不对称Gemini表面活性剂。Gemini表面活性剂在油气开采、化学化工、纳米材料、生物技术、日用化学等领域应用前景广阔。Gemini表面活性剂因特殊的结构和优异的表面性能吸引了人们的眼球，引起了科研工作者的强烈兴趣。对Gemini表面活性剂的相关研究，最早的报道可以追溯到1937年，以环状或直链的脂肪醇硫酸酯与二苯醚经缩合反应生成，由于反应的转化率不高，所以并未引起科研工作者的高度重视。直至1946年，FrederickC.Bersworth在美国专利US2，524，218上报道了一种螯合性、润湿性以及分散性均较强的新型洗涤助剂，成为了报道最早的羧酸盐型阴离子表面活性剂。1988年后，Gemini表面活性剂的合成有了新的突破性进展，如1990年日本大阪大学ZhuY-P和OkaharaM合成的联结基团是柔性联结基的双烷烃链阴离子表面活性剂，从此Gemini表面活性剂的合成工作才开始真正系统化地展开。1991年，美国科学家MengerFM合成了双烷烃链季铵盐阳离子和阴离子表面活性剂，这类表面活性剂的亲水头基是由刚性基团1，4-二亚甲基苯基联结。同时鉴于此类表面活性剂的结构中含有两分子相同的单体表面活性剂，类似于孪连体或者孪生体，因Gemini在天文学上意为双子星座的意思，即取名为“Gemini表面活性剂”。Gemini表面活性剂较传统表面活性剂而言，合成条件较为苛刻，原料价格比较昂贵，提纯工作较难进行，所以国内的研究起步相对较晚。根据相关文献报道，最早是在1997年由大连理工大学的王江等人首先合成的两性离子Gemini表面活性剂，同时将其成功地应用于浓乳液之中，此项研究使我国Gemini表面活性剂的研究工作快速地展开，如从设计分子结构开始，到表面活性剂的界面行为研究，以及胶束行为和溶液中聚集体的性质研究等，以便得到我们所预期的高性能产品，在此基础上更全面地研究了Gemini表面活性剂与传统表面活性剂的复配行为等，使我们对Gemini表面活性剂的各种优异性能得到了一个全面系统的认识。1999年，福州大学的赵剑曦教授对Gemini表面活性剂的研究进展进行了梳理与整合，并在《化学进展》上发表了第一篇有关Gemini表面活性剂方面的国内综述，译名为“双子表面活性剂”从此引起我国科学工作者的浓厚兴趣。与经典表面活性剂的分子结构不同，Gemini的分子中至少含有两个亲水基(离子或极性基团)和两条疏水链，在其亲水基或靠近亲水基处，由联接基团(sPacer)通过化学键(共价健或离子键)联接在一起。组成eGmiinS的亲水基可以是阳离子(如季按盐)、阴离子(如磷酸盐、硫酸盐、磺酸盐和竣酸盐等)、两性离子、非离子和阳阴离子(catanioni)或离子对(ion-poired)等。疏水部分一般为CH链(长度约8一20个C原子，有时含有氧或苯基)，最近亦有CF链出现。而联接基团则品种繁多，可以是短链(2个原子)或长链(20多个原子)；刚性链(如二苯乙烯)或柔性链(如多个亚甲基)；极性链(如聚醚)或非极性链(如脂肪族和芳香族)等。Gemini分子的整体结构也可以是不对称的，在Gemini的分子结构中，两个(或多个)亲水基依靠联接基团通过化学键而联接，由此造成两个(或多个)表面活性剂单体相当紧密的结合。这种结构，一方面增强了碳氢链的疏水作用，使疏水基团自水溶液中逃逸的趋势增大；另一方面，受化学键限制，离子头基间由于电性排斥作用而相互分离的倾向被大大削弱.联接基团的介人及其化学结构、联接位置、刚性程度及链长等因素的变化，将使Gemini的结构具备多样化的特点，进而对其溶液和聚集体行为等性质产生影响，使之具备更加优良的物理化学特性，如:降低水溶液表面张力的能力和效率更加突出；很低的Kraff点；良好的泡沫稳定性、Ca皂分散力、润湿、增溶、抗菌和洗涤能力等。短链和长链。短链可以是最短的－CH2－，也可以是有限的几个C的链段。长链可以是数数百个C组成的链段，也可以是一条高分子链。考虑到Gemini表面活性剂的实际用途，所采用的高分子链段的水溶性要相当优良。刚性链和柔性链。刚性链的链段:苯基、二苯甲烯，乙烯等。柔性链段:－CH2－、－CH2=CH－O－、－CH2－CH=CH－O－和其他杂原子柔性基。极性链和非极性链。极性链:聚醚、二糖。非极性链:脂肪族和芳香族。实验表明：联结基团的种类、长度对Gemini表面活性剂的cmc有很大的影响。联结基柔性且亲水时，其cmc值最小；联结基柔性且疏水时，cmc值稍高；联结基刚性且疏水时，cmc值最高。Gemini表面活性剂分子结构中因含有两个亲水头基，水溶性较好。非离子Gemini表面活性剂分子结构中，联结基团为—EOx—（=1～3），其二钠盐和四钠盐均具有极好的水溶性。羧酸盐型、磷酸酯盐型、磺酸盐型和硫酸酯盐型阴离子Gemini表面活性剂分子结构中，联结基团中醚氧原子联结两个亲水基，增强了离子的亲水性，Krafft点均在0℃以下，亲水性极好。Gemini表面活性剂分子结构中含两条疏水链和两个亲水头基，联结基将两个亲水基紧密相连，削弱了亲水头基之间的静电斥力与水化层之间的相互作用力，同时增强了疏水链之间的相互排斥作用，使表面活性剂分子在水溶液中的排列更加密集，分子之间更容易在体相内部聚集形成胶束或者胶团，进而更容易降低溶液的表面张力。表面活性剂的双亲结构使其更容易在界面发生定向吸附，从而具有良好的润湿性能。Gemini表面活性剂分子中含有两个极性基团和两个非极性基团，这样更容易在固体表面形成非极性基团朝向气体，极性基团朝向固体的定向排列的吸附层，自由能高的固体表面因碳氢链的覆盖而转变为低的自由能表面，从而使润湿性增强。表面活性剂在水溶液中往往呈现不同形状的聚集体形态，如胶团、双层膜或液晶形态，聚集体的不同形态与溶液的流变性有着密切的联系。Gemini表面活性剂溶液的流变性独特，与溶液的浓度有极大的关系。当表面活性剂溶液的浓度很低时，溶液黏度近似于水；当溶液浓度增加至某一特定值时，黏度随溶液浓度的增大而迅速增大，甚至可达6个数量级，这是因为Gemini表面活性剂分子或离子在水溶液中容易聚集成棒状或者线状的大尺寸胶团，随浓度的增大棒状或线状的胶团缠结成网状结构，导致溶液粘度急剧增大，在某一浓度下黏度达到最大；然而当表面活性剂溶液浓度进一步增大时，溶液的黏度反而下降，原因是当溶液浓度进一步增加时，导致分子聚集体的形态发生变化，缠结的网状胶团结构遭受破坏，溶液粘度反而下降。Gemini表面活性剂有着优于普通表面活性剂的许多特殊性能，已经广泛地应用于生产生活的各个领域，如石油、化工、医学及生物学等各个领域。因为Gemini表面活性剂具有较高的表面活性，可在用量极少的情况下达到更甚至超过普通表面活性剂的效率，可作为高效的洗涤剂和乳化剂原料，不仅缩减了原料用量，同时也较少了副产物的含量，符合节约能源和环境友好的要求。同时Gemini表面活性剂对皮肤和眼睛的刺激性相对较低，可用于化妆品以及个人护理品行业；Gemini表面活性剂具有较低的cmc值，在较低浓度范围内即可形成胶束，对有机物起到增溶作用，可用于高效的增溶剂；此外Gemini表面活性剂还具有极好的发泡性、润湿性以及乳化性，可作为润湿剂、乳化剂等用于常规领域，同时由于其在其它方面的特殊性能，在一些新领域的应用也受到了广泛的研究。阳离子季铵盐Gemini表面活性剂具有良好的杀菌抑菌性能，王贻杰研究了季铵盐Gemini表面活性剂C12-S2En-C12·2Br(n=1，3)和C12-S2-C12·2Br（s=2，3，4，6)的杀菌效果，研究结果表明此类型表面活性剂杀死金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及白色念珠菌的能力均强于传统表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵CTAB。Gemini表面活性剂在水溶液中可形成形状可控的胶束，可用于生物酶的分离和纯化；Gemini表面活性剂在有机相中又可以形成反向胶束，在生物技术领域有广泛的应用前景；而一些脂类Gemini阳离子表面活性剂与DNA发生络合作用，可作为基因载体携带基因转染至哺乳动物细胞。农业的飞速发展，导致专用肥料和复合肥料以及一些低毒高效农药的用量大大增加，这势必会使土壤和水域收到严重污染，利用表面活性剂来促进农业生产，有效降低环境污染，同时修复受污染的土壤和水域成为了近年来表面活性剂在农业技术领域的研究热点。如将Gemini表面活性剂或者经Gemini表面活性剂改性的无机或者有机纳米材料作为填埋废物的防渗添加剂，利用Gemini表面活性剂良好的增溶性，将其注入地下可有效驱除地下水中和吸附于土壤中的污染物，进而更高效的修复土壤以促进农业增产。Gemini表面活性剂在制备纳米材料领域中可用作模板剂和抗粘接剂。VanderVoort用阳离子Gemini表面活性剂做模板剂，通过改变疏水烷烃链长度和联结基团长度来制备不同晶格和不同孔径的纯