18世紀中期,富蘭克林發現油滴可以在水表面鋪展。隨后,非水溶性溶劑與水之間的液-液界面成為了進行化學反應和組裝的重要場所,啟發了包括Langmuir-Blodgett單分子膜等經典技術的誕生。與此相對,水溶性溶劑液滴與水接觸時,一般發生混溶而非鋪展。采用高壓電噴霧技術降低水溶性有機溶劑液滴的尺寸,可以實現水溶性溶劑微液滴在水面上的鋪展,表明相溶的溶劑之間的界面可為分子組裝和合成提供新平臺(Huang et al., JACS 2015, 137, 10683.)。但如何在簡易條件下實現大尺寸水溶液液滴在水表面的鋪展仍然有待解決。
近期,華中科技大學化學化工學院趙強教授團隊受到皮膚形成過程中pH驅動液-液相分離現象的啟發,報道了一種聚電解質水溶液在水表面自發鋪展,并形成多孔薄膜的機制。本工作中將含有聚乙烯亞胺(PEI)和聚苯乙烯磺酸鈉(PSSNa)的混合水溶液在酸性水表面鋪展形成多孔聚電解質膜,混合溶液的低表面張力驅動液滴在水面的鋪展,而低pH的水引發聚電解質在鋪展界面快速絡合,減少液滴向水下擴散混溶(圖1),二者協同,促使了大尺寸水溶液液滴在水表面的自發鋪展。該工作以“Spontaneous water-on-water spreading of polyelectrolyte membranes inspired by skin formation”為題發表在《Nature Communications》上(Nat. Commun. 13, 3227, 2022.)。文章第一作者是華中科技大學化學與化工學院2020屆碩士畢業生湯思晗,合作單位包括華中科技大學材料科學與工程學院,協和醫院。該研究得到國家自然科學基金的支持。
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