沥青质是原油中最复杂和最难处理的成分，它们是不溶于低分子量正烷烃（如正庚烷、正己烷）但在芳香族溶剂（如甲苯和苯）中易溶的重质芳香族大分子 [1],[2]。结构上，沥青质由通过杂原子（N、O、S）桥接的多环芳烃骨架组成，并带有极性官能团（羟基、羰基和羧基），形成了高度异质的分子结构 [3]。这些物质广泛存在于常规和非常规碳氢化合物中，包括原油、油砂和页岩油中，在其中它们以胶体聚集物或胶束的形式存在于液相中，但具有强烈的吸附倾向并会持久地附着在矿物表面 [4],[5]。储层温度、压力或成分的变化会破坏这些聚集物，导致沥青质在井筒、管道和加工表面沉淀和吸附。由此形成的沉积物会堵塞孔隙，降低渗透率，降低回收效率，由于污染、阀门故障和腐蚀而带来严重的操作和安全挑战 [6],[7],[8]。沥青质薄膜的显著韧性来源于 π-π 堆叠、氢键和范德华相互作用，这使它们对传统的去除方法（如热冲洗和机械刮除）具有抵抗力。因此，开发有效且可控的脱附策略对于改善流体输送和确保可持续石油生产至关重要 [9],[10]。
surfactant 在调节沥青质与矿物的界面相互作用方面显示出巨大潜力 [8],[11],[12],[13]。由于其两亲结构，surfactant 分子可以在沥青质-固体界面积累，在那里通过竞争活性表面位点、降低界面张力和破坏沥青质聚集网络来削弱沥青质的粘附，从而促进沥青质的脱附和分散 [11],[14],[15]。因此，surfactant 介导的沥青质-矿物界面和 surfactant 调节的界面相互作用特性已成为界面科学和石油工程中的研究焦点。大量研究表明，surfactant 在稳定溶剂或乳液中的沥青质效率在很大程度上受其分子相容性的控制 [16],[17]。根据其具体组成和构象，surfactant 可以通过调节疏水相互作用、静电排斥和氢键网络起到抑制剂或分散剂的作用。这些相互作用在纳米尺度上重塑了油/水/固体系统的界面能量格局，最终促进沥青质的脱附、重分散或乳液稳定 [18],[19]。尽管取得了显著进展，但控制沥青质从固体表面脱附的界面力的作用途径和演变机制在纳米尺度上仍不明确。缺乏全面的纳米尺度机制框架继续阻碍了用于石油应用的 surfactant 系统的合理设计和优化。
为了阐明 surfactant 介导的沥青质脱附的机制，微观和纳米尺度表征技术提供了有力的途径。AFM 能够在纳米尺度上直接定量测量沥青质与固体表面之间的相互作用力和界面粘附力，从而实时洞察沥青质的脱附动态 [20],[21],[22],[23]。例如，Liu 等人证明溶剂组成可以调节沥青质层在二氧化硅上的膨胀或坍塌，从而调节非水提取过程中的界面动态和细粒固体沉降 [24]。同样，AFM 力谱可以量化 surfactant 如何改变沥青质去除的纳米尺度能量障碍 [20],[25],[26],[27]。此外，QCM-D 可以原位监测沥青质层的质量和粘弹性变化，揭示 surfactant 在沥青质表面的吸附、保留和脱附动力学。
在这项工作中，我们报告了从二氧化硅表面脱附沥青质的电荷调控、surfactant 介导的纳米力学见解。系统评估了三种代表性的 surfactant（非离子型鼠李糖脂（RHA）、阴离子型十二烷基硫酸钠（SDS）和阳离子型溴化十六烷基三甲铵（CTAB），以揭示 surfactant 的电荷和分子结构如何控制沥青质-表面相互作用。通过结合 AFM 力测量、QCM-D 以及其他技术，我们揭示了每种 surfactant 类型相关的不同界面脱附机制。值得注意的是，RHA 通过同时破坏氢键、增强静电排斥力和引入空间位阻，实现了前所未有的粘附力降低。这些发现建立了一个全面的机制框架，将纳米尺度力、电荷调控和 surfactant 结构联系起来，为有效的沥青质分散剂提供了新的设计原则，并为提高石油回收率和保护储层提供了纳米尺度的指导。
