结构修饰对吡啶基双尾表面活性剂在薄膜中自组装的影响

《Langmuir》：Influence of Structural Modifications on the Self-Assembly of Pyridine-Based Double-Tailed Surfactants in Thin Films

两亲分子结构修饰影响界面行为研究。通过季铵化、锌配位及酯键改胺键等手段调控分子构型，结合密度泛函理论计算和Langmuir单层、Brewster角显微及原子力显微镜实验，揭示结构变化对自组装、π-A等温线特征及界面势能的影响规律。混合不同头基C16链两亲分子后，通过过量混合Gibbs自由能分析证实头基相容性对尾尾堆积起关键作用。

　　

两亲分子在药物递送、先进材料及界面技术等领域引起了越来越多的关注。其结构上的多样性为理解分子设计如何影响自组装、界面行为及功能性能提供了关键线索。本研究探讨了基于二己基吡啶-2,6-二羧酸（EDTS）的表面活性剂的界面行为，考察了多种结构改变化对它们性能的影响，包括头基的季铵化（EDTS⁺）、通过锌原子调控头尾连接（Zn-EDTS）、改变头尾连接方式（酯键与亚胺键，IDTS），同时将其与传统的单尾型表面活性剂（ECS）进行了对比。气相密度泛函理论计算结果显示，所研究的结构体系呈现出不同程度的紧凑性，其几何形态呈V形。在朗缪尔单层膜研究中，表面压力-面积（π–A）等温线显示EDTS与其单尾型表面活性剂在界面行为上存在显著差异。这些发现得到了布儒斯特角显微镜观察、表面电位-面积（ΔV–A）等温线分析以及空气-水、空气-固体界面制备的薄膜原子力显微镜测量的支持，表明微小的结构变化会显著影响分子的堆积密度和有序结构形成。此外，还研究了C16链两亲分子（尤其是其羧酸、醇类和三甲铵衍生物）与EDTS单层膜的相互作用。通过从EDTS-ECS混合物的额外吉布斯自由能（ΔG_mix^ex）中分离出“尾-尾相互作用”部分，评估了这类表面活性剂的“头基相容性”。