关于模板合成法仿生合成课件
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22
6.2 临界胶束浓度 ( CMC ) 表面活性剂溶液中开始 形成胶束的最低浓度。
CMC
单位：摩尔浓度（mol/dm3）或百分浓度 CMC越小说明该表面活性剂形成胶束能力越强
23
6.3 胶束形成的过程
C 《 CMC
表面活性剂浓度变大
C < CMC
分子在溶液 表面定向排 列，表面张 力迅速降低, 开始形成 小胶束
部的引力要大
12
3.4 正吸附：溶质在表面层的浓度大于溶液本体浓度 溶质的加入引起溶剂的表面张力降低
Surface active substance
溶质
C＞CB 正吸附 溶剂 C：表面相浓度 CB：本体相浓度
表面层中溶剂分子比溶质分子所受到的指向溶液内 部的引力要大
13
1. 负吸附──表面张力增大Ⅰ 2. 正吸附──表面张力减小Ⅱ，Ⅲ
25
五、胶束的结构
反离子固定层
疏水内核
反离子扩散层
离子型胶束示意图
26
六、胶束的形状 胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状
球形胶束
棒状胶束
27
28
6.1 影响胶束形态的因素
1）具有单链憎水基和较大极性基的分子或离子 容易形成球状胶束；
2）具有单链憎水基和较小极性基的分子或离子 容易形成棒状胶束。
18
2、阳离子表面活性剂 在水中解离后，起活性作用的是阳离子基团
R-NH2·HCl 伯胺盐型
CH3 | R-N+-CH3Cl| CH3
季胺盐型
R-(NC5H5)+Cl 吡啶盐型
CH3 | C16H33-N+-CH3Br－ | CH3 十六烷基溴化铵
19
3、两性表面活性剂 分子结构上同时具有带正负电荷的亲水基团， 随介质的pH可成阳或阴离子型。
醇、酸、醛、酮、醚、酯类等。
9
2.3 第Ⅲ类曲线 特点：初始低浓度时， 随浓度增加急剧下降，但
到一定浓度后几乎不再变化。
溶质：表面活性剂
Ⅰ
有8个以上碳的有机酸盐、
Ⅱ
有机胺盐、磺酸盐、苯磺
Ⅲ
酸盐等。
c
10
三、溶液的表面吸附 3.1 表面吸附
一种物质自动浓集到另一种物质表面上的过程。 有吸附能力的物质称为吸附剂 被吸附的物质称为吸附质
C ＝ CMC 溶液表面定 向排列已经 饱和，表面 张力达到最 小值。
C > CMC 溶液中的分子 的憎水基相互 吸引，分子自 发聚集，形成 球状、层状胶 束，将憎水基 埋在胶束内部24
饱和
6.4 胶束自发形成的原因
吸附
Βιβλιοθήκη Baidu
能量因素：
疏水基团逃离 水相的两种方式
C < CMC 形成单分子表面吸附层
C ≥ CMC 形成胶束
5
6
1.3 对于溶液，溶质的加入将改变溶液的表面张力
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
c
7
二、溶液表面张力的类型
2.1 第Ⅰ类曲线
Ⅰ
特点： 随浓度 c 增加而增加
溶质：无机盐、不挥发性的酸、
Ⅱ
碱、含多－OH的有机物
Ⅲ
c
0kc
8
2.2 第Ⅱ类曲线
特点： 随浓度 c 增加而
Ⅰ
下降，开始下降快一些，
逐渐减慢。
Ⅱ
Ⅲ
c 溶质：非离子型极性有机物，
亲油部分
C17H35
亲水部分
COOH
16
五、表面活性剂种类
溶于水后亲水基是否解离 解离成何种离子来分类
按亲水基分类
离子型 非离子型
阳离子型 阴离子型
两性型
17
（一） 离子型 1、阴离子表面活性剂 在水中解离后，起活性作用的是阴离子基团
盐类型 酯盐类型
RCOO－Na+
羧酸盐
R-SO3－Na+ 磺酸盐 R-OSO3－Na+ 硫酸酯盐 R-OPO3－Na2+ 磷酸酯盐
氨基酸型 +R-NHCH2-CH2COO－
20
（二）非离子表面活性剂
在水溶液中不解离，不带电。 结构组成： ①亲水基团 (甘油、聚乙二醇、山梨醇)； ②亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或
芳基)；
21
六、 胶束的基本概念（胶团）
6.1 定义： 两亲分子溶解在水中达一定浓度 时，其非极性部分会互相吸引， 自发形成憎水基向里、亲水基向 外的有序聚集体( 正相胶束)
关于模板合成法仿生 合成
引言 模板合成法：利用基质材料结构中的空隙或外表面
作为模板进行合成。 仿生合成：模仿生物矿化过程中无机物在有机物调
制下形成过程的无机材料合成方法。
2
“纳米笼”效应
本章内容： 表面活性剂基本概念 胶束理论 软模板法合成原理与应用 硬模板法合成原理与应用
3
第一节 表面活性剂基本概念 一、溶液的表面张力（ ）
表面活性：表面活性物质有使溶剂表面张力降低的能
力，这种性质称为表面活性
15
4.2 表面活性剂结构上的双亲性特点
亲水基团：-OH、-COOH、-COO-、-SO3憎水基团：烷基、苯基。
O H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 C C C CC C C C C C C C C C C C C C OH H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
3.2 溶液表面吸附： 溶液表面层的组成与本体溶液组成不同的现象
11
3.3 负吸附：溶质在表面层的浓度小于溶液本体浓度 溶质的加入引起溶剂的表面张力升高
Surface inactive substance
溶质
C＜CB 负吸附
溶剂 C：表面相浓度 CB：本体相浓度
表面层中溶质分子比溶剂分子所受到的指向溶液内
如矿泉水，井水，
Ⅰ 无机盐溶液等
Ⅱ
Ⅲ c
溶质为可溶性有机化合 物：醇、醛、酸、酯
溶质为表面活性剂
14
四、表面活性剂 4.1 基本概念
表面活性物质：能使溶剂（主要指水）的表面张力降低
的物质 d /dc0
表面活性剂：在低浓度下就能显著降低水的表面
张力的物质
表面非活性物质：使水的表面张力增加的物质
d /dc0
3）对于离子型活性剂，加入反离子将促使棒状胶 束形成；
4）具有较小极性基的分子或离子容易形成层状 胶束。
引起液体表面收缩的单位长度上的力 1.1 产生原因：
液体表面层分子与内部分子的受力不一样
蒸气
f≠0
液体
f=0 4
1.2 在恒温恒压下，纯液体表面张力是一恒定值
纯物质分子间的相互作用力越强， 越大
对于气液界面有：
(金属键)> (离子键)> (极性键)> （非极性键)
（Fe , s , 1673K）= 1.80 N m-1 （金属键） （NaCl , s , 298K）= 0.227 N m-1 （离子键） （H2O , l , 293K）= 0.07275 N m-1 （极性分子） (C6H14 , l , 293K）= 0.0284 N m-1 （非极性分子)
6.2 临界胶束浓度 ( CMC ) 表面活性剂溶液中开始 形成胶束的最低浓度。
CMC
单位：摩尔浓度（mol/dm3）或百分浓度 CMC越小说明该表面活性剂形成胶束能力越强
23
6.3 胶束形成的过程
C 《 CMC
表面活性剂浓度变大
C < CMC
分子在溶液 表面定向排 列，表面张 力迅速降低, 开始形成 小胶束
部的引力要大
12
3.4 正吸附：溶质在表面层的浓度大于溶液本体浓度 溶质的加入引起溶剂的表面张力降低
Surface active substance
溶质
C＞CB 正吸附 溶剂 C：表面相浓度 CB：本体相浓度
表面层中溶剂分子比溶质分子所受到的指向溶液内 部的引力要大
13
1. 负吸附──表面张力增大Ⅰ 2. 正吸附──表面张力减小Ⅱ，Ⅲ
25
五、胶束的结构
反离子固定层
疏水内核
反离子扩散层
离子型胶束示意图
26
六、胶束的形状 胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状
球形胶束
棒状胶束
27
28
6.1 影响胶束形态的因素
1）具有单链憎水基和较大极性基的分子或离子 容易形成球状胶束；
2）具有单链憎水基和较小极性基的分子或离子 容易形成棒状胶束。
18
2、阳离子表面活性剂 在水中解离后，起活性作用的是阳离子基团
R-NH2·HCl 伯胺盐型
CH3 | R-N+-CH3Cl| CH3
季胺盐型
R-(NC5H5)+Cl 吡啶盐型
CH3 | C16H33-N+-CH3Br－ | CH3 十六烷基溴化铵
19
3、两性表面活性剂 分子结构上同时具有带正负电荷的亲水基团， 随介质的pH可成阳或阴离子型。
醇、酸、醛、酮、醚、酯类等。
9
2.3 第Ⅲ类曲线 特点：初始低浓度时， 随浓度增加急剧下降，但
到一定浓度后几乎不再变化。
溶质：表面活性剂
Ⅰ
有8个以上碳的有机酸盐、
Ⅱ
有机胺盐、磺酸盐、苯磺
Ⅲ
酸盐等。
c
10
三、溶液的表面吸附 3.1 表面吸附
一种物质自动浓集到另一种物质表面上的过程。 有吸附能力的物质称为吸附剂 被吸附的物质称为吸附质
C ＝ CMC 溶液表面定 向排列已经 饱和，表面 张力达到最 小值。
C > CMC 溶液中的分子 的憎水基相互 吸引，分子自 发聚集，形成 球状、层状胶 束，将憎水基 埋在胶束内部24
饱和
6.4 胶束自发形成的原因
吸附
Βιβλιοθήκη Baidu
能量因素：
疏水基团逃离 水相的两种方式
C < CMC 形成单分子表面吸附层
C ≥ CMC 形成胶束
5
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1.3 对于溶液，溶质的加入将改变溶液的表面张力
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
c
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二、溶液表面张力的类型
2.1 第Ⅰ类曲线
Ⅰ
特点： 随浓度 c 增加而增加
溶质：无机盐、不挥发性的酸、
Ⅱ
碱、含多－OH的有机物
Ⅲ
c
0kc
8
2.2 第Ⅱ类曲线
特点： 随浓度 c 增加而
Ⅰ
下降，开始下降快一些，
逐渐减慢。
Ⅱ
Ⅲ
c 溶质：非离子型极性有机物，
亲油部分
C17H35
亲水部分
COOH
16
五、表面活性剂种类
溶于水后亲水基是否解离 解离成何种离子来分类
按亲水基分类
离子型 非离子型
阳离子型 阴离子型
两性型
17
（一） 离子型 1、阴离子表面活性剂 在水中解离后，起活性作用的是阴离子基团
盐类型 酯盐类型
RCOO－Na+
羧酸盐
R-SO3－Na+ 磺酸盐 R-OSO3－Na+ 硫酸酯盐 R-OPO3－Na2+ 磷酸酯盐
氨基酸型 +R-NHCH2-CH2COO－
20
（二）非离子表面活性剂
在水溶液中不解离，不带电。 结构组成： ①亲水基团 (甘油、聚乙二醇、山梨醇)； ②亲油基团(长链脂肪酸、长链脂肪醇、烷基或
芳基)；
21
六、 胶束的基本概念（胶团）
6.1 定义： 两亲分子溶解在水中达一定浓度 时，其非极性部分会互相吸引， 自发形成憎水基向里、亲水基向 外的有序聚集体( 正相胶束)
关于模板合成法仿生 合成
引言 模板合成法：利用基质材料结构中的空隙或外表面
作为模板进行合成。 仿生合成：模仿生物矿化过程中无机物在有机物调
制下形成过程的无机材料合成方法。
2
“纳米笼”效应
本章内容： 表面活性剂基本概念 胶束理论 软模板法合成原理与应用 硬模板法合成原理与应用
3
第一节 表面活性剂基本概念 一、溶液的表面张力（ ）
表面活性：表面活性物质有使溶剂表面张力降低的能
力，这种性质称为表面活性
15
4.2 表面活性剂结构上的双亲性特点
亲水基团：-OH、-COOH、-COO-、-SO3憎水基团：烷基、苯基。
O H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 C C C CC C C C C C C C C C C C C C OH H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2
3.2 溶液表面吸附： 溶液表面层的组成与本体溶液组成不同的现象
11
3.3 负吸附：溶质在表面层的浓度小于溶液本体浓度 溶质的加入引起溶剂的表面张力升高
Surface inactive substance
溶质
C＜CB 负吸附
溶剂 C：表面相浓度 CB：本体相浓度
表面层中溶质分子比溶剂分子所受到的指向溶液内
如矿泉水，井水，
Ⅰ 无机盐溶液等
Ⅱ
Ⅲ c
溶质为可溶性有机化合 物：醇、醛、酸、酯
溶质为表面活性剂
14
四、表面活性剂 4.1 基本概念
表面活性物质：能使溶剂（主要指水）的表面张力降低
的物质 d /dc0
表面活性剂：在低浓度下就能显著降低水的表面
张力的物质
表面非活性物质：使水的表面张力增加的物质
d /dc0
3）对于离子型活性剂，加入反离子将促使棒状胶 束形成；
4）具有较小极性基的分子或离子容易形成层状 胶束。
引起液体表面收缩的单位长度上的力 1.1 产生原因：
液体表面层分子与内部分子的受力不一样
蒸气
f≠0
液体
f=0 4
1.2 在恒温恒压下，纯液体表面张力是一恒定值
纯物质分子间的相互作用力越强， 越大
对于气液界面有：
(金属键)> (离子键)> (极性键)> （非极性键)
（Fe , s , 1673K）= 1.80 N m-1 （金属键） （NaCl , s , 298K）= 0.227 N m-1 （离子键） （H2O , l , 293K）= 0.07275 N m-1 （极性分子） (C6H14 , l , 293K）= 0.0284 N m-1 （非极性分子)