光响应Pickering乳液的可逆乳化与破乳

来源：X一MOL资讯

Pickering乳液是一种卓越的界面催化平台。然而，发展集化学反应、产品分离、催化剂和乳化剂循环利用为一体的可持续化学过程仍然是一个具有挑战性的问题。近日，河南师范大学绿色化学团队王键吉教授联合英国Hull大学Bernard P. Binks教授设计并制备了一类新型的、具有可逆光切换功能的Pickering乳液，通过紫外和可见光交替照射，这类体系可以在稳定乳液和完全破乳之间进行可逆切换。基于这种独特的光控相行为，实现了催化加氢、产物分离以及乳化剂和催化剂的循环利用。

Pickering乳液是以固体颗粒作为乳化剂形成的稳定乳液体系，具有成本低、毒性小、泡沫少、界面稳定性强等优点，已在药物控释、化学合成、材料制备、催化反应等领域展示了良好的应用前景。但是，Pickering乳液的稳定性不利于反应后产物的分离和催化剂的循环利用，这一难题至今没有得到很好的解决。发展刺激响应的Pickering乳液体系为解决上述问题提供了可能。通过施加温度、磁场、pH等外部刺激，能够按照需要实现Pickering乳液的破乳或相反转，有利于催化剂的循环利用。但是，如果欲使产物分离、催化剂和乳化剂的循环利用同时进行，则刺激响应的Pickering乳液必须是可逆的，即要求体系能够在乳化和破乳或乳液类型之间进行可逆切换。作为一种清洁、可遥控的刺激方法，光刺激具备操作简单、刺激部位精准等优点。但是，光响应Pickering乳液的可逆乳化和破乳仍未见报道。

上述团队首次报道了一类由Pd负载的二氧化硅纳米颗粒、偶氮苯离子液体表面活性剂、正辛烷和水制备的新型Pickering乳液。紫外光照射能使这类Pickering乳液完全破乳；而进一步使用可见光照射，体系会重新乳化。紫外/可见光对偶氮苯离子液体表面活性的可逆调控是引起Pickering乳液体系破乳与重新乳化的根本原因。基于上述特性，这类光响应Pickering乳液被设计为一种具备催化反应、产物分离及乳化剂和催化剂循环利用的多功能微反应器，并被用于常温常压下苯乙烯等不饱和化合物的催化加氢反应，反应产率在94%以上。反应完成后，经过紫外光照射，产物能与催化剂和离子液体高效分离。进一步使用可见光照射，离子液体和催化剂能够循环使用，经过多次循环，产物的收率基本保持不变，实现了常温常压下高效加氢、产物分离、催化剂和乳化剂的循环使用。因此，该工作为发展温和条件下反应、分离、催化剂的循环利用为一体的可持续化学过程提出了新的思路。

图1. (a)偶氮苯离子液体的结构; (b) Pickering乳液相行为的可逆光切换。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

图2. 二氧化硅及Pd负载的二氧化硅纳米颗粒的表征。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

图3. 光照前后Pickering乳液液滴的光学显微镜照片；紫外光照前后，离子液体 [C4AzoC2DMEA]Br在Pd负载的二氧化硅纳米颗粒上的平衡吸附量随浓度的变化。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

此外，不饱和烃的加氢反应是一类重要的基础有机反应，被广泛应用于精细化工和大宗化学品生产等领域。这类反应通常在高温高压下进行，工业生产中存在严重的安全隐患。另外，汽油中不饱和烃的存在会导致汽油的不完全燃烧，引起向大气排放颗粒污染物（如PM2.5）等环境问题。不饱和烃的加氢反应是提高汽油品质的一种重要方法。本工作提出的常温常压下高效加氢策略有望降低常规加氢反应中高温高压带来的安全风险，并对提高汽油质量，减少环境污染具有重要的意义。

图4. 常温常压下，苯乙烯在O/W型Pickering乳液中的催化氢化反应；用于催化加氢的Pickering乳液的光致可逆乳化和破乳及产物分离和乳化剂及催化剂的循环利用示意图。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

这一成果近期发表在化学顶刊Angewandte Chemie International Edition 上，论文的第一作者是河南师范大学青年教师李志勇博士，通讯作者为河南师范大学王键吉教授和英国Hull大学Bernard P. Binks教授。该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目的资助。

原文：

Light-switched reversible emulsification and demulsification of oil-in-water Pickering emulsions

Zhiyong Li, Yunlei Shi, Anlian Zhu, Yuling Zhao, Huiyong Wang, Bernard P. Binks,* Jianji Wang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202010750