纳米材料是一种在三维空间结构中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)的新型材料。在纳米尺度范围内，材料的性能将发生由量变到质变的飞跃，表现出传统块状材料所不具备的奇异或反常的电学、磁学、光学、热学及力学性能。近年来，由于其独特的物理化学性质，纳米材料已经引起了生物学、有机化学、材料化学和高分子化学等多学科交叉领域的高度关注，各式各样的新型纳米材料频频见诸文献报道。尽管如此，纳米材料表面的高活性位点和布朗运动导致其极易发生团聚，失去纳米特性，严重地影响了纳米材料的应用。　　 为了防止纳米材料的团聚，利用表面活性剂分散纳米材料是最有效的方法之一。然而，传统的表面活性剂只有一个亲水头基，产生的静电排斥力有限，尤其在纳米浓度高的时候不能保证体系稳定。具有两个亲水头基和两条疏水尾链结构的双子表面活性剂(gemini surfactant)拥有比传统表面活性剂更高的表面活性，更低的临界胶束浓度等优异性能，但利用它分散纳米材料的研究鲜有报道。此外，为了扩展纳米材料在生物领域的应用，不仅要求纳米材料能够稳定分散，而且还应具备额外的环境刺激响应特性。　　 基于以上研究背景，我们针对几种常见的难以在水中分散的纳米材料（碘、纳米银粒子、碳纳米管和石墨烯），设计合成了多种阳离子双子表面活性剂作为分散剂，实现了这些纳米材料在水基介质中的稳定分散和功能化。具体研究内容及结果如下:　　 (1)利用阳离子双子表面活性剂形成纳米胶束，负载活性碘后，制备得到高含碘的纳米胶束体系，考察了体系组份（阳离子双子表面活性剂、氧化胺、酸）和制备温度对碘含量和稳定性的影响，并对纳米胶束体系进行了杀菌测试。结果表明，最优化胶束体系的活性碘含量高达1.24％（w/w，下同），远高于市场所售碘伏产品(0.75％)，并且活性碘能够保持长期稳定。杀菌实验证明，此胶束体系对白色念珠菌具有很强的杀灭能力。通过表面张力测试和冷冻透射电镜证实，体系中的混合胶束不仅能稳定三碘络合物，提高体系含碘量，而且在杀菌过程中还起到了增强杀菌性能的作用。　　 (2)采用阳离子双子表面活性剂作为分散剂制备高浓度纳米银溶胶，并与对应的常规表面活性剂对比，考察了分散剂的种类和浓度对纳米银粒子的粒径、粒径分布及稳定性的影响。结果表明，与传统表面活性剂相比，阳离子双子表面活性剂能更好地稳定纳米银胶体，其包含的纳米银粒子具有更小的粒径(11±3nm)和更高的浓度(44.6mM)。此纳米银胶体在4-硝基苯酚的还原反应中表现出较高的催化活性。然而阳离子双子表面活性剂浓度高于交叠浓度后，会因体系粘度过大，导致纳米粒子团聚现象严重。　　 (3)合成了三种不同连接基和不同尾链结构的阳离子双子表面活性剂，从中筛选出一种能稳定分散单壁碳纳米管的双子分散剂，制备出了新型透明导电膜，并考察了单壁碳纳米管浓度和分散剂对导电膜电学性能的影响。结果显示，体系中的分散剂只需用乙醇浸泡半小时即可除去，表面电阻下降一个数量级，但透过率不受影响。这种方式可防止产生酸性废液，是一种绿色环保的制备导电膜的方法。　　 (4)合成了一种带有芘基和叔胺基的新型分散剂，考察了CO2对其水溶性的影响，并研究了此分散剂稳定石墨烯溶液的能力，以及整个体系的气体刺激响应特性。结果显示，这种分散剂分子在CO2和N2的刺激下能实现亲水—疏水的可逆转变。由于分散剂分子中的芘环与石墨烯之间可产生π-π共轭作用，所以这种分散剂不仅可以很好地稳定石墨烯，而且还赋予了石墨烯气体刺激响应特性。首次实现了利用气体刺激来控制石墨烯在水溶液中的分散和聚集状态，极大地扩展了石墨烯的应用领域。