《Surfaces and Interfaces》：Natural silica-based amphiphilic Janus particles as Pickering emulsifiers: A sustainable approach
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两亲Janus粒子通过天然二氧化硅（Cherthala沙、pumice粉末、蒙脱土）经Pickering乳液模板法制备，分析其形貌、表面修饰及乳化性能。蒙脱土基粒子乳化指数最高（50%），乳滴尺寸24.07±6.1 μm；Cherthala沙基因多分散性性能较差。该方法为低成本环保乳液稳定剂开发提供新策略。
Ambiheswaran Pon Nivetha | Pottail Lalitha
印度科印拜陀（Coimbatore-43）Avinashilingam妇女家政与高等教育学院化学系研究学者
摘要
引言
两亲性Janus颗粒（AJPs）是一类具有至少两个具有不同润湿性的空间定义表面的材料。Casagrande和Veyssie的工作证明了首个包含极性和非极性半球的Janus系统的实际实现[1]和[2]。它们在界面定向组装、自发界面吸附和降低界面张力等性质上模仿分子表面活性剂（软两亲体）。相比之下，AJPs形成的界面膜具有透气性，允许两种相之间的化学交换。由于其高度定义的两亲性结构，它们作为固体乳化剂（Pickering乳化剂）在稳定液-液（乳液）和气-液（泡沫）界面方面表现出色。与具有一定程度两亲性的伪两亲性均匀固体不同，AJPs具有更高的界面吸附能量，有助于在界面长期停留，并具有更优异的稳定性。通过适当的金属载体，它们可以提高界面催化的产率和选择性[3]。结合光催化核心材料，它们还具有紫外线屏蔽功能[4]。此外，它们的硬核结构和形状依赖的相互作用促进了自组装超结构的形成[5]。
已有多种方法用于AJPs的合成，包括Pickering乳液[6]、硫醇-烯点击反应[7]、微流控技术[8]、单层组装的位点特异性修饰[9]等。其中，Pickering乳液模板提供了一种经济高效的方法，可制备从微米到纳米球体及二维纳米片材等多种材料。通过对核心材料进行适当的表面修饰，可以轻松控制亲水-疏水平衡，以实现理想的Janus形态[10]。这可以通过添加表面活性剂、硅烷修饰剂、电解质或调节pH值来实现。出于经济和环境考虑，人们开始使用天然来源的核心材料，如铝硅酸盐粘土[11]、壳聚糖，在某些情况下还使用淀粉模板[12]。
多年来，人们利用金属和非金属纳米颗粒以及化学合成的纳米片材来制备AJPs。其中，基于二氧化硅的核心材料因其易于表面修饰、低成本、尺寸可调、生物相容性好等优点而被广泛研究。基于二氧化硅的AJPs在乳液和泡沫稳定[13]、提高石油采收率（EOR）[11]以及界面催化[14]方面具有潜在应用。然而，关于天然存在的基于二氧化硅的AJPs及其在Pickering乳液化中的潜力，现有证据仍然有限。虽然有关于从铝硅酸盐（高岭石）[11]合成AJPs的报道，但其他天然二氧化硅前体的研究尚不充分。
天然材料作为可行的替代品受到了科学界的关注。据报道，天然来源的粉煤灰、气相二氧化硅、沙子、浮石和粘土可用于二氧化硅纳米颗粒的合成[15]。机械研磨是一种流行的自上而下的纳米颗粒合成方法，因其可扩展性、经济性和环保性而受到青睐（Karimkhani等人，2024年）。该方法广泛用于陶瓷和金属等大宗材料的尺寸减小[17]。超声波辅助合成微纳米材料是一种绿色策略，利用空化作用在液体介质中粉碎固体颗粒，具有协同提取效率[18]。该方法常用于金属和非金属纳米颗粒、陶瓷、二维层状材料（如石墨烯、高岭土等）[19]。经过适当修饰后，天然二氧化硅（如二维硅酸盐）也被用作固体稳定剂[20]。可持续且可扩展的二氧化硅前体及加工技术有效解决了批量生产、合成成本、毒性和处置问题。尽管来自各种非传统来源的二氧化硅纳米颗粒已经合成，但其在两亲性表面修饰方面的应用仍需进一步探索。
鉴于二氧化硅在多个领域的广泛应用，我们报告了使用当地常见的石英砂、浮石和蒙脱石作为可持续二氧化硅前体的AJPs合成方法。天然二氧化硅材料适用于多种环境、生物和化妆品应用，这凸显了基于天然二氧化硅的AJPs的必要性。因此，本研究采用球磨技术处理Cherthala沙子和浮石作为二氧化硅来源，而对层状蒙脱石则采用超声处理。随后利用蜡-水Pickering乳液模板方法，通过硅烷偶联剂对其进行各向异性修饰，以获得稳定的单层二氧化硅稳定的蜡-水Pickering乳液。研究了NaCl浓度对乳液稳定性的影响。对所得AJPs的两亲性修饰和润湿性能进行了表征，并分析了它们的界面组装行为和乳液滴尺寸分布，以评估其乳化性能。因此，本研究展示了天然二氧化硅材料作为AJPs的应用潜力。
材料
Cherthala沙子取自喀拉拉邦Alappuzha区的Cherthala镇；浮石从科印拜陀的当地商店购买；蒙脱石K10（CAS编号1318-93-0）从Lancaster购买；60-62°C的石蜡从Merck Limited购买；99%的三氯甲基硅烷（MTS，CAS编号75-79-6）从Sigma-Aldrich购买；95%的十二烷基硫酸钠（SDS，CAS编号151-21-3）从Avra Synthesis Private Limited购买；甲醇从HiMedia Laboratories购买。
结果与讨论
选定的二氧化硅颗粒（CS、PP和MM）的FE-SEM图像（图1a-1c）显示了不同的尺寸和形态。球磨处理的CS呈现出微米至纳米级别的不规则结构，而PP呈现球形形态，平均直径为42.7±8.3纳米；MM则呈现二维层状结构。然而，EDS光谱显示所有颗粒中的二氧化硅含量相当（CS为46.78%，PP为16.88%，MM为30.82%），且均无重金属残留。
结论
本研究提出了一种利用天然丰富且低成本的二氧化硅颗粒作为两亲性Janus结构的方法。主要成果包括从Cherthala沙子、浮石粉和蒙脱石粘土制备了三种环保型两亲性Janus颗粒。通过自上而下的方法对二氧化硅材料进行了处理以实现有效的尺寸减小。沙子和浮石颗粒通过球磨制备成纳米颗粒，而蒙脱石则...
CRediT作者声明
Ambiheswaran Pon Nivetha：数据分析、研究方法、写作——初稿撰写
Pottail Lalitha：概念设计、资源提供、监督指导、写作——审阅与编辑
未引用的参考文献
[16,24]
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Ambiheswaran Pon Nivetha：初稿撰写、研究方法、数据分析
Pottail Lalitha：审阅与编辑、监督指导、资源提供、概念设计
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们衷心感谢Avinashilingam妇女家政与高等教育学院的C.N.R. Rao研究中心提供的所有仪器设备。作者（A. Pon Nivetha）特别感谢科学技术部（DST）在INSPIRE奖学金计划下的财政支持。
