Janus材料因其结构和组成上的非对称性特点,在乳化、催化、自驱动马达、生物传感器、探针以及界面增容等诸多方面有着广泛的应用前景。Janus材料的形貌主要有球形、片形、棒形、笼形、雪人形、覆盆子形等,而制备方法主要有相分离法、界面保护法和自组装法等。本论文的主要工作是利用乳液界面原位聚合增长法、相分离法和模板法制备了以下三种不同形貌的无机/有机杂化Janus复合颗粒,并对其性能特点、制备机理以及应用范围进行了研究,具体内容为:1.利用乳液界面原位聚合增长法制备了具有三元无机/有机杂化Janus复合颗粒。将PEO基团修饰到以种子乳液聚合反应诱导相分离法制备的雪人状无机-有机杂化Janus复合颗粒的无机物半球表面,制得具有较强双亲性特点的Janus复合颗粒。分别以PEO基团修饰的雪人状无机物-交联聚合物和无机物-线型聚合物杂化Janus复合颗粒为颗粒乳化剂,乳化去离子水和含有至少一种可聚合单体的油相混合溶液,形成稳定的水包油型乳液体系。通过向上述乳液体系中加入不同种类的引发剂,引发油相中的单体进行自由基聚合反应,使其在乳液界面原位聚合增长,制得PEO基团修饰的无机物-交联聚合物-线型聚合物杂化Janus复合颗粒。实验中,以雪人状PEO-SiO₂/PDVB复合颗粒作为颗粒乳化剂,乳化去离子水和分散AIBN的St正己烷溶液,形成稳定的水包油型乳化液。升温乳液体系,诱导溶胀进入交联聚合物半球的St单体进行自由基聚合反应,随着St单体聚合程度的增加,球形PS增长,在相分离的作用下逐渐从雪人状PEO-SiO₂/PDVB复合颗粒的PDVB半球中分离出来,从而制得具有A-B-C结构特点的PEO-SiO₂/PDVB/PS复合颗粒;以雪人状PEO-SiO₂/PS复合颗粒作为颗粒乳化剂乳化去离子水和VBC、DVB的正烷烃溶液,形成稳定的水包油型乳液体系。室温下,向上述乳液中加入水溶性的氧化-还原体系,引发油相中的VBC和DVB这两种单体在油水界面处以雪人状PEO-SiO₂/PS复合颗粒为中心进行自由基聚合反应,制得具有A-C-B结构特点的PEO-SiO₂/PVBC/PS复合颗粒。通过调节聚合单体的总浓度、不同聚合单体之间的体积比以及油相分散介质的化学组成等反应条件,能够制得具有不同形貌特点的A-C-B型PEO-SiO₂/PVBC/PS复合颗粒。开发了制备三元无机/有机杂化Janus颗粒的乳液界面原位聚合增长新方法。2.利用模板法制备超薄无机物/有机物杂化Janus纳米片。以溶胶-凝胶反应制得的一薄层SiO₂覆盖在以溶剂热法制备的Fe₃O₄磁性微球表面,得到Fe₃O₄@SiO₂微球。以上述微球为原料,通过氨基硅烷试剂与Fe₃O₄@SiO₂微球表面硅羟基的溶胶-凝胶反应将氨基修饰在二氧化硅磁性微球表面,制得Fe₃O₄@SiO₂-NH₂微球,即模板微球。通过席夫碱反应生成的亚胺键将单分子的醛基硅烷共价键接在模板微球表面,进一步的溶胶-凝胶反应将单分子二氧化硅层覆盖在模板微球表面。利用酸性条件下亚胺键具有不稳定性的特点将单分子二氧化硅层在超声波的粉碎作用下从模板微球表面剥离下来,得到一侧为疏水性的醛基而另一侧为亲水性的羟基修饰的柔性二氧化硅纳米片,其厚度为0.93 nm。此Janus纳米片具有双亲性及超薄、柔性的结构特点,能够作为颗粒乳化剂乳化互不相溶的油水两相溶液,得到了均匀、稳定的乳化液。利用此Janus纳米片两侧不同的反应活性基团,分别将壳聚糖包覆的四氧化三铁纳米颗粒以及磷钨酸基离子液体修饰到超薄Janus纳米片的两侧。壳聚糖包覆的四氧化三铁纳米颗粒不仅可以将Janus纳米片的羟基一侧保护起来,也可以起到对Janus纳米片上的羟基起到标记作用。由于Janus纳米片的氨基一侧有磷钨酸根基团进行修饰,因此具有一定的催化活性。将磷钨酸根基团修饰的离子液体基Janus纳米片催化剂催化油酸和甲醇的酯化反应,其酯化率可达近80%。反应结束后,Janus纳米片能够以白色固体沉淀物的形式从产物中分离出来,且重复使用四次后其催化效率几乎没有改变。3.利用界面保护法制备直径可精细调控,且具有磁响应性特点的双亲性无机/有机杂化Janus纳米盘。以Fe₃O₄@SiO₂微球为原料,将吸附在其表面的Ag⁺原位还原成Ag NPs,制得Fe₃O₄@SiO₂-Ag微球。在Ag NPs的保护作用下,通过溶胶-凝胶反应将带有正辛基基团的硅烷试剂修饰到未被Ag NPs保护的磁性微球表面,且正辛基朝外,得到C₈/Ag修饰的二氧化硅磁性微球。利用湿法蚀刻技术将Ag NPs蚀刻掉,磁学微球表面裸露出“新鲜”的盘形区域。在正辛基的保护作用下利用溶胶-凝胶反应将苯甲醛基团修饰到被蚀刻掉的Ag NPs所在位置,从而制得C₈/PhCHO修饰的二氧化硅磁性微球,即模板微球。通过席夫碱反应将单分子的氨基丙基硅烷吸附在磁性微球表面醛基所在的区域,进一步的溶胶-凝胶反应,盘形的单分子二氧化硅层均匀地覆盖在磁性模板微球表面。利用酸性条件下亚胺键的不稳定特点,将单分子二氧化硅层从模板微球表面剥离下来,得到厚度为0.7 nm的Janus纳米盘,其一侧为氨基丙基修饰而另一侧为羟基修饰;在Janus纳米盘未从模板微球表面剥离时,利用Fe²⁺溶液同Fe³⁺溶液的共沉淀反应将Fe₃O₄ NPs沉淀到Janus纳米盘表面,并通过溶胶-凝胶反应将PEO基团修饰到Janus纳米盘表面未被Fe₃O₄ NPs保护的区域。酸性条件下,将Janus纳米盘从模板微球表面剥离下来,则得到一侧为Fe₃O₄ NPs和PEO基团修饰,而另一侧为氨基修饰的盘形Janus颗粒。将苯甲醛通过亚胺键的作用修饰到已经剥离下来的具有磁响应性特点的Janus盘表面,进一步还原亚胺键则得到厚度为2.5 nm的Janus盘,其一侧为Fe₃O₄ NPs和PEO基团修饰,而另一侧为苄基修饰。此Janus纳米盘两侧分别被浸润性相差较大的基团所修饰,且其中一侧还具有磁响应性的特点,将其作为颗粒乳化剂乳化互不相溶的两相溶液,得到了均匀、稳定的乳化液。将外磁场作用在此Janus纳米盘所乳化的乳液上,Janus纳米盘因其磁响应性的特点而聚集在一起,而其乳化液则相应地因Janus纳米盘的缺失而破乳,从而实现了对Janus纳米盘的回收及油水混合液的分离。