胶束化行为

近日，中国科学技术大学闫立峰教授课题组通过利用两亲性甲基脲分子，设计了一种新型结构的水基纳米胶束电解质。这一工作打破了以往对于电解质连续溶剂相的认识，通过纳米胶束结构包裹了自由移动的离子，建立了局部/界面相互作用网络，通过金属离子的控制释放，有效地维持了离子的三维扩散形式和有利的界面成核反应，实现了金属枝晶和电极副反应的有效抑制。相关研究成果率先在锌-锰电池体系中得到了证实，并发表于化学专业知名期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)。 　　锌离子电池由于锌阳极的高理论比容量(820 mA h g-1)、高储量、成本低、氧化还原电位低(-0.762 V vs. SHE)等优势，被认为是下一代清洁能源存储的有前途的候选者。然而，锌离子电池的寿命受到锌阳极不可逆电化学反应的严重限制，如析氢反应(HER)、“死锌”的持续积累以及不受控制的枝晶生长等。同时，以二氧化锰为正极材料代表的一系列锌离子电池普遍具有低的工作电压(1.5 V)和难以匹配锌阳极的电极容量。如何通过电解质的设计优化来调控锌电池的电化学性能是至关重要的问题。 　　该文提出了一种独特的纳米胶束电解质设计思路，由ZnSO4、MnSO4和高浓度甲基脲(Mu)分子通过自组装策略构建，水溶剂环境被划分为亲水区和疏水区，阳离子和阴离子则被封装到纳米域中(图1)。纳米胶束阻断了连续的水基体相，打破了水分子之间氢键网络并在胶束内部和胶束/水界面上重构了局部氢键。此外，Mu分子参与了Zn2+/Mn2+离子的溶剂鞘结构，排斥了溶剂化水分子，降低了脱溶剂化能垒，抑制了水分解反应。更重要的是，Zn2+/Mn2+离子可以可控地从胶束团簇中释放出来，以三维扩散方式扩散并在电极表面均匀沉积。此外，在锌阳极表面一种新的固体电解质界面(SEI)保护层Znx(Mu)ySO4∙nH2O得以原位生成，以避免水分子持续渗入造成的锌腐蚀。 图1.胶束电解质的自组装示意图 　　动态光散射结果表明电解质A3Mu中存在约14nm左右的纳米胶束，核磁结果证实了胶束内部的多重氢键相互作用，DFT计算结果也表明Zn2+/Mn2+和Mu分子上的羰基和具有更强的结合能力，进而有利于进入到胶束内核中，减少溶剂鞘结构中的水分子数(图2)。此外，红外，拉曼光谱结果也识别到了SO42-阴离子扭曲的正四面体结构，可能是由于胶束内部拥挤的空间和电荷-偶极相互作用造成的，这些结果表明了胶束电解质的成功构建。 图2.胶束电解质的核磁，红外，拉曼以及结合能计算表征 　　得益于胶束电解质内部氢键的重构，电解质和碳布正极界面接触角降低，MnO2/Mn2+成核电位降低，同时由于Mn2+的控制释放特性，生成了反应可逆性更高，结构更加疏松的二氧化锰颗粒。在不同SOC状态下，非原位SEM，XPS，Raman, XRD等测试方法核实了高度可逆的二电子转化反应。利用二电子反应的锌锰电池显示出前所未有的高能量密度800.4 Wh kg-1(基于正极活性材料)以及高达1.87 V的放电电压(图3)。 图3.Zn||Mn 电池的电化学性能 　　中国科学技术大学化学与材料科学学院博士生邓永琦为该文章的第一作者，闫立峰教授为通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金和中国科学技术大学的经费资助。

研究背景表面活性剂是化妆品中最常用原料之一，在洁面乳、沐浴露、洗发液等产品中均有应用。越来越多的消费者开始注重表面活性剂对皮肤的影响，追求更温和更低刺激性的表面活性剂类清洁产品，但是消费者往往忽视了表面活性剂在清洗过程中并不能完全被清除干净，容易在人体皮肤上残留，且不同种类的表面活性剂在皮肤的残留量以及机理存在差异。目前关于表面活性剂在人体皮肤残留的研究较少，因此本文对表面活性剂在人体皮肤上残留发生的机理、危害以及表征手法进行了详细的阐述。原理与测量表活在皮肤表面发生残留的机理当消费者使用以表面活性剂为主的清洁类产品时，将在完成清洁时使用大量的清水进行冲洗，但是由于人体皮肤构造存在间隙以及表面活性剂的双亲结构造成渗透等原因，不可避免的存在一部分表面活性剂无法用水冲走，而是吸附渗透至皮肤角质层内，造成表面活性剂在人体皮肤的残留，而残留会对角质层乃至皮肤深层产生长期的负面影响，如造成皮肤过度干燥、炎症等。 一般来说，表面活性剂在人体皮肤表皮发生残留主要是由表面活性剂与角质层细胞角蛋白的结合造成，这是因为在清洗过程中表面活性剂形成单体产生渗透，通过相对较强的静电相互作用导致表面活性剂疏水部分能够与皮肤蛋白片段结合，以及表面活性剂带电荷的亲水头基与皮肤蛋白某些带电荷的部分结合，吸附于皮肤深层无法清洗干净；目前研究表明不同表面活性剂结合角蛋白能力不同，所以不同表面活性剂吸附残留也会有所不同，因此在一个表面活性剂为主的产品中，影响表面活性剂在皮肤表面的吸附残留主要是由体系中表面活性剂类型以及表面活性剂的单体浓度决定。体系临界胶束浓度的影响关于表面活性剂对皮肤渗透吸附造成残留的研究，有研究人员先后提出了单体理论、胶束理论和亚胶束渗透聚集体理论等来解释不同表面活性剂的不同现象，但目前这些理论仍然存在一些问题，主要在于上述理论研究忽略了一个和实际情况不符的事实就是暴露时间，消费者在实际使用表面活性剂产品的暴露时间一般只有几分钟，而上述研究均采用了夸张的暴露时间，如通过贴片封闭接触皮肤21天或者5h接触方案，其都给予表面活性剂足够的时间来渗入和溶胀皮肤结构，因此得出的结论很难与消费者实际使用产品保持一致。因此消费者在实际使用表面活性产品如洁面时，首先体系中的单体会穿透皮肤，吸附残留在皮肤上，而决定单体穿透皮肤的主要影响因素就是体系中表面活性剂的胶束浓度和胶束电荷。Morris等研究表明表面活性剂的吸附渗透和体系的胶束浓度有非常大的相关性，而与胶束直径的相关性较差，一般来说胶束浓度越低吸附渗透越低。例如SLS复配甜菜碱类两性表面活性剂或非离子表面活性剂后，其胶束直径变小，体系CMC降低从而降低了吸附渗透。而SLES对比SLS在相同的测试条件下胶束粒径并未改变，但其CMC变小，皮肤渗透降低，这是因为大多数表面活性剂的胶束粒径均较小，满足皮肤渗透所需标准，从而得出渗透和胶束直径关联度不大的结论。综上所述，通过表面活性剂的复配降低体系的临界胶束浓度，进一步降低表面活性剂单体浓度，从而降低皮肤渗透减少表面活性剂产品在皮肤的残留，这是比较直接的方法，而增加胶束尺寸并不会直接降低表面活性剂的渗透。因此，CMC 临界胶束浓度测量可以作为表面活性剂皮肤刺激性的定向辅助手段。临界胶束浓度测量方法KRÜ SS的Tensíío表面张力仪，配备两个或者单个分液器，可以全自动稀释和测量表面活性剂在不同浓度下的表面张力，得到临界胶束浓度。 作为一种有前途的表面活性剂，我们研究了聚乙二醇-10单油酸酯(PG-10-1-O)作为市场上常用乳化剂的替代品。 表1. 表面张力 vs PG-10-1-O 溶液浓度。根据线性外推，可推断自组装临界浓度的范围为 8 至 11 mg/L。在给定的 PG-10-1-O 摩尔质量为 1023 g/mol 时，处于过渡范围内的浓度 10.5 mg/L 对应于 0.011 mmol/L。因此，该浓度低于个人护理中使用的其他典型表面活性剂的CMC 值，如十二烷基硫酸钠（SDS）8.2 mmol/L 或C12/14 烷基糖苷 0.04 mmol/L，这是 PG-10-1-O 的较好温和性的一个重要标志。思考与注意表面活性剂在皮肤残留的危害表面活性剂单体进入皮肤与蛋白质结合后，会导致皮肤结构肿胀，而皮肤结构肿胀会允许表面活性剂进入皮肤结构的更深层中逐渐结合，从而进一步增强肿胀和渗透，这是一个级联过程。具体表面活性剂残留危害主要有对皮肤角质层表层蛋白的危害，对皮肤角质层脂质的危害，对皮肤表皮活细胞的危害。结论与展望清洁类产品有着良好的市场前景，由于市面上个人清洁系列产品层出不穷，不少消费者关注重心转移到清洁类产品的温和性上，追求更加低刺激的产品。在未来，化妆品的产品设计中应该更加关注基础理论的研究，寻找清洁类产品造成刺激背后的原因和机理，设计出更加科学的产品配方架构，以此来做到最大可能降低清洁类产品对人体皮肤的危害。参考文献1，秦&emsp 尧，闫加雷，钱景茹，张廷志. 表面活性剂在人体皮肤的残留研究[J]. 日用化学品科学,2023,46(6):59-63.2，KRÜ SS应用报告291.一种用于低粘度配方和脂质体结构的通用乳化剂的表征方法.

新华网北京11月25日电　中国国家食品药品监督管理局网站25日发布通知，要求各级食品药品监管部门对辖区内含蜂胶原料保健食品生产企业实施全面监督检查，对监督检查中发现的违法违规行为，尤其是使用树胶假冒蜂胶原料生产保健食品的违法行为，一律依法严肃处理。　　近期，有媒体报道少数生产企业存在使用假冒蜂胶原料生产保健食品的违法行为。为保障消费者安全，通知要求各级食品药品监管部门对蜂胶原料采购是否符合要求，产品质量是否合格进行重点检查。　　通知指出，对存在安全隐患的产品，一律暂停生产销售，向社会公布有关信息，通知销售者停止销售，告知消费者停止使用，并采取责令召回等措施。　　通知强调，保健食品生产企业必须加强蜂胶原料管理，不得采购树胶假冒蜂胶，应当严把进货关，建立原料采购记录和供应商档案，保证原料采购可溯源，确保原料质量。