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液态或超临界CO2(supercritical carbon dioxide,sc CO2)包水(water in carbon dioxide,w/c)微乳具有纳米尺度微观水核结构且热力学稳定,在制备纳米材料、强化微观化学反应以及萃取、干洗等方面极具应用潜力。然而,w/c微乳形成所需压力一般较高,制约其工业推广。添加助剂是降低压力的有效途径,深入了解降压机理是推动微乳工业化进程的必要条件。另一方面,增大w/c微乳中含水量(W0)可为开发应用带来新的契机,但当下对高含水量微乳的形成原因和稳定性的认识比较欠缺。此外,绿色溶剂离子液体(Ionic Liquid,IL)具有蒸汽压极低、不可燃、高热稳定性等优势,构建新型IL/c微乳可将IL和CO2两种绿色溶剂的优点有机结合,但关于其微观性质的研究还较为匮乏,不利于开发应用。本文以上述三方面为出发点,采用分子动力学模拟方法对1,5-双(1H,1H,2H,2H-全氟烷氧基)-1,5-二氧戊烷-2-磺酸钠(n FG(EO)2,含氟链长度n=4)表面活性剂构建的w/c和IL/c微乳进行研究,以期从原子尺度了解不同体系的微观性质,为理论和实验研究以及开发应用提供指导。主要内容如下:(1)为认清烷基支链长度不同的对烷基苯甲酸钠水凝胶(BA0、BA2和BA8)可降低4FG(EO)2构建w/c微乳所需压力这一宏观现象下的微观机理,本文设计H2O+4FG(EO)2+sc CO2三元模拟体系及H2O+4FG(EO)2+BA0/BA2/BA8+sc CO2四元模拟体系,并系统研究不同体系中形成微乳液滴的微观自组装过程、平衡聚团的整体形貌和内部结构、水凝胶和4FG(EO)2组装行为、界面区域内微观相互作用以及聚团间平均力势能。研究结果表明,水凝胶可加快自组装过程,且加速效果随烷基支链长度增长而逐渐增强,与实验观测水凝胶降压效果的改变规律一致。水凝胶分布于平衡聚团中,不影响聚团的形状和结构,但各具有不同界面构象和分布特性。其中,BA0取垂直于界面构象,BA2发生自结合,BA8则具有径向波动较大的分布特点。上述三种水凝胶各异的构象和界面分布特性均可促使4FG(EO)2取利于液滴稳定的微观构象,从而导致水凝胶与4FG(EO)2在构建sc CO2微乳时有正向协同(降压)效应。其中,BA8的界面波动行为对微乳液滴稳定性具有最优促进作用。(2)为探明4FG(EO)2可成功构建W0高达80的w/c微乳这一实验现象的本质原因,本文设计W0分别为10、20、40和80的H2O+4FG(EO)2+sc CO2三元模拟体系,并针对微乳液滴自组装、聚团平衡形貌和结构、界面区域精细结构以及H2O和CO2在界面内的分布稳定性进行对比研究。研究结果显示,各体系中均可形成稳定微乳液滴。随W0增高,聚团水核暴露面积增多、表面形貌愈发粗糙,表明聚团界面张力减小、更稳定。水和CO2可穿入4FG(EO)2之间构成混合界面区域,界面厚度随W0增大而逐渐增厚。此外,水和CO2径向密度梯度峰与4FG(EO)2中近羰基氧原子密度分布峰位置重合,表明近羰基氧原子是有效亲CO2官能团,可吸引CO2分子,“排挤”水分子,并导致CO2在聚团内界面发生堆积。CO2界面堆积量和分布稳定性均随W0增大而提升,这有助于H2O和CO2混合,强化H2O-CO2相互吸引,从而减小H2O/CO2界面张力、增强界面膜流动性、减小界面膜刚度、增大自然曲率半径,促进含水量大的w/c微乳液滴形成和稳定。(3)鉴于4FG(EO)2在构建w/c微乳时有优异性能,本文进一步将其用于构建新型IL/c微乳,并与N-乙基全氟辛基磺酰胺(NEt FOSA)表面活性剂进行对比,IL选用1,1,3,3-四甲基胍醋酸([TMG][AC])。本文设计[TMG][AC]+CO2二元和[TMG][AC]+4FG(EO)2/NEt-FOSA+CO2三元模拟体系,重点关注两种表面活性剂分裂[TMG][AC]后形成微乳液滴的微观性质,如整体形貌、内部结构、内核中[TMG][AC]结构性质。研究发现,4FG(EO)2和NEt FOSA构建的[TMG][AC]/c微乳液滴均呈椭球状。其中,含4FG(EO)2聚团的形状和大小基本不受增溶离子液体量的影响,有一定“形状记忆”性。与体相[TMG][AC]相比,分布于4FG(EO)2构建聚团中的[TMG][AC],其阴阳离子间配位强度明显减弱,并有一定晶体结构特征;而分布在NEt FOSA构建聚团中的离子液体,[TMG]+与[AC]-的配位强度比体相时有些许强化,即NEt FOSA对内核中[TMG][AC]有一定“限域”作用。前述聚团的“形状记忆”性与内核中[TMG][AC]有晶体结构特征相关,本质上是因Na+与4FG(EO)2磺酸头基可形成非常稳定的网络结构。