甜菜碱与阴离子表面活性剂在油水界面的协同效应：分子动力学模拟揭示高效复合体系设计机制

本研究通过分子动力学模拟(MD)系统解析了烷基苯磺基甜菜碱(XSB)与三种阴离子表面活性剂(SDS/SDBS/AOT)在油水界面的协同机制，首次提出构象适应性动态调控的双重机制模型。研究发现双链AOT/XSB复合体系在1:4配比时形成2.14 nm致密界面层(界面能-220.59 kJ/mol)，使XSB倾角减小10°以上，界面张力降至9×10?3 mN/m，为工业乳化、三次采油等应用提供理论指导。

　　

Highlight

本研究通过分子动力学(MD)模拟首次揭示了烷基苯磺基甜菜碱(XSB)与阴离子表面活性剂在油水界面的动态协同机制。相比传统实验方法，我们通过界面密度、取向角等动态模型解析了结构-活性关系。

Computational methods

2.1 分子系统构建

模拟体系包含XSB与三种典型结构阴离子表面活性剂：十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和琥珀酸二辛酯磺酸钠(AOT)。

2.2 力场参数

采用全原子OPLS力场，水分子用TIP4P模型。静电作用用PME方法处理，范德华力用Lennard-Jones势函数计算。

Results and discussion

3.1 吸附构型分析

双链结构的AOT/XSB体系展现出最优协同性：

• 形成2.14 nm超薄界面层

• XSB分子倾角减小Δθ >10°

• 界面张力降低48.9%（最低达9×10^?3 mN/m）

3.2 分子机制

径向分布函数显示AOT/XSB在1:4配比时：

• 亲水基团面积最大化

• 界面形成能达-220.59 kJ/mol

• 静电互补与构象适配产生双重协同

Conclusion

本研究突破性地提出"静电-构象"双重调控模型，阐明甜菜碱分子局部电荷分布与构象柔性如何动态耦合产生协同效应。该发现为设计高效复合表面活性剂体系提供了分子尺度的设计蓝图。