近日，化学与材料工程学院崔正刚-蒋建中科研团队在2018年首次发现离子型表面活性剂与带相同电荷的纳米颗粒能够在超低浓度(0.001cmc-0.001wt.%)下协同稳定O/W型乳状液(M.D. Xu et al., Angew. Chem. Int. Ed, 2018,57, 7738-7742)，其中仅需微量表面活性剂吸附在油/水界面，而纳米颗粒则分散在水相中。该乳状液后来被称为oil-in-dispersion emulsion，缩写为OID乳状液。由于大幅度降低了乳化剂的浓度以及向环境的排放，该类乳状液在实际应用中具有显著的经济和环保双重效益，符合绿色化学发展方向。然而关于这种新型乳状液的稳定机制迄今尚停留在文字表达的定性解释阶段，缺乏精准的数学模型。
研究人员以稳定OID乳状液所需的最低表面活性剂浓度(Cs)和最低纳米颗粒浓度(Cp)之间普遍构成V-型边界为突破口，基于经典的DLVO理论，建立了数学模型，从而可以定量计算OID乳状液体系中沿V-型边界的相关吸引和排斥势能。研究结果表明，在较大距离上，纳米颗粒被油滴吸引从而分布于油滴周围，而当油滴因范德华引力作用而相互靠近时，纳米颗粒会在油滴之间形成隔离层。尽管颗粒在油滴表面的表观覆盖度极小(0.0032-2.9%)，但颗粒-油滴排斥作用叠加油滴-油滴排斥作用足以阻止油滴之间进一步靠近而发生絮凝和聚结。当Cs较低时，稳定乳状液所需的Cp随Cs增加而下降，但当Cs较高时，由于体系中反离子浓度增加，双电层的排斥效应减弱，稳定乳状液所需的Cs和Cp需要同步增加(构成V-型稳定边界)。
相关研究近期发表在胶体与界面科学顶级期刊Journal of Colloid and Interface Science，论文第一作者为张婉晴博士，共同作者为蒋建中教授、崔正刚教授和英国Hull大学B.P. Binks教授。已经退休的崔正刚教授表示，这是他所有论文中最具创新性的一篇论文，而Binks教授(英国胶体与界面科学终生成就奖(Sir Eric Rideal Award,2022)获得者)盛赞本文为“a great paper”。
上述研究工作得到了国家自然科学基金(21872064)资助。论文信息：W.Q. Zhang，J.Z. Jiang, Z.G. Cui, B.P. Binks.Influence of positively charged nanoparticles on the stability of oil-in-water emulsions stabilized by a cationic surfactant at extremely low concentration.Journal of Colloid and Interface Science, 687 (2025) 449-460.
OID乳状液稳定机理示意图
