安全的力量：公共卫生措施如何影响展览的参与度和观众数量

《Safety Science》：The power of safety: How public health measures influence exhibition attendance and engagement

本研究通过反向微乳法调控FeS纳米球的尺寸和形态，并利用其稳定Pickering乳液，成功制备了FeS@PANI纳米复合材料。实验表明，水与表面活性剂摩尔比（W0）显著影响纳米球尺寸（5-19.3 nm），最佳W0=5时获得5.7 nm单分散纳米球，作为稳定剂时0.075 wt% FeS可实现40 nm均匀的FeS@PANI纳米复合物，提升材料性能并拓展应用。

　　本研究引入了一种新颖的方法，结合了反相胶束介导的FeS纳米球合成与Pickering乳液模板聚合技术，揭示了一种控制FeS@PANI纳米复合材料尺寸和形貌的全新策略。这种方法不同于以往的研究，未将Pickering乳液的作用视为聚合过程中的关键因素，而是利用乳液界面稳定性和胶束空间限制来调节聚合动力学和复合材料的结构。通过使用由SPAN 80、1-丁醇、甲苯和FeS组成的反相胶束体系，研究了五种不同的水-表面活性剂摩尔比（W? = 5、10、15、20和30），以精确控制FeS纳米球的尺寸和形态。透射电子显微镜（TEM）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析，以及聚分散指数（PDI）评估表明，随着水含量的增加（W? = 5至30），纳米球尺寸逐渐增大。在较低的W?值下，由于表面活性剂与水分子之间的强相互作用，减少了胶束间的交换，从而形成小而均匀的纳米球，并具有更高的稳定性。这些纳米球能够有效地在甲苯-水界面聚集，包裹非水相，形成稳定的乳液结构。研究发现，当W? = 5时合成的FeS纳米球用于Pickering乳液的形成，其最佳稳定性出现在FeS含量为0.075 wt%的情况下。在这一突破性进展中，这些稳定的Pickering乳液成功促进了苯胺的聚合，从而形成了FeS@PANI纳米复合材料，这一成果通过X射线粉末衍射（PXRD）、紫外-可见光谱（UV）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和1H-核磁共振（NMR）分析得到证实。TEM和FESEM图像显示，FeS纳米球能够精确控制聚苯胺的尺寸和形态。在0.075 wt%的FeS含量下，形成了约40 nm的球形FeS@PANI纳米复合材料，而在没有FeS的情况下，形成的结构则为聚集且不规则的形态。这项工作不仅突显了FeS纳米球在乳液稳定中的潜力，还展示了其作为调控聚合物纳米复合材料形貌的关键角色，为开发具有广泛应用的先进材料提供了新的思路。

近年来，纳米材料的研究取得了显著进展，这主要得益于对结构精确调控的需求，以实现特定功能。纳米复合材料因其多功能性而成为多个领域的关键组成部分，包括能量存储、催化、药物输送和电子器件等。控制纳米颗粒的尺寸、形状和组成是开发高性能材料的核心目标之一。反相胶束体系作为一种有效的合成平台，通过纳米级的限制和模板效应，能够实现对纳米颗粒尺寸和形态的精确控制。反相胶束是指水-油（W/O）微乳液，其中纳米级的水性域被表面活性剂稳定。这一体系中的关键参数是水-表面活性剂的摩尔比（W?），它决定了水性核心的大小和动态特性。在这一体系中，纳米反应器环境促进了单分散纳米颗粒的形成，具有可控的尺寸和形状。因此，研究的重点是探讨W?对FeS纳米球特性的影响，包括尺寸、形态和乳液稳定能力。TEM和FESEM提供了关于纳米颗粒尺寸和形态的直接信息，而PDI分析则用于评估不同W?条件下的纳米颗粒分布和均匀性。已有研究表明，较低的W?值会限制胶束间的交换，从而产生稳定且单分散的纳米颗粒，而较高的W?值则促进胶束间交换，导致较大的多分散纳米颗粒。这些发现对于设计满足特定纳米颗粒性能需求的反相胶束体系至关重要。通过这种方法合成的金属硫化物纳米颗粒表现出优异的电、光和催化性能。其中，FeS纳米颗粒因其在能量转换、环境修复和催化中的潜力而受到广泛关注。有趣的是，近年来，通过适当修饰，反相胶束合成的纳米颗粒被用于Pickering乳液的制备。例如，Rahaman等人展示了使用反相胶束介导的Co(OH)?纳米颗粒来稳定甲苯-水Pickering乳液。同样，Mandal等人利用镧磷酸纳米颗粒作为有效的固体稳定剂。在此基础上，本研究采用反相胶束模板的FeS纳米颗粒来稳定甲苯-水Pickering乳液，为乳液界面工程引入了一种新的无机纳米结构。

Pickering乳液由于其由固体颗粒稳定，相较于表面活性剂稳定体系具有更高的稳定性。乳液的性能取决于颗粒的尺寸、形状和润湿性，这些特性可以通过反相胶束合成进行调控。无机颗粒如SiO?、Al?O?和TiO?能够实现对乳液稳定性的有效控制。然而，目前关于使用W/O微乳液介导的非传统纳米颗粒在Pickering乳液稳定中的应用研究仍存在空白。本研究填补了这一领域的知识空白，为乳液科学中的微乳液和Pickering乳液之间架起了一座有效的桥梁。通过将FeS纳米颗粒作为Pickering乳液的稳定剂，研究不仅展示了控制纳米颗粒合成的潜力，还进一步拓展了纳米材料在功能材料合成中的应用。

在本研究中，Pickering乳液聚合苯胺的工艺仍较为少见。近年来，一些研究已经探索了类似方法，例如聚苯胺/氧化锌铁和聚苯胺@二氧化锰/石墨烯等复合材料的制备。本研究中，采用了一种表面活性剂自由的油-水Pickering乳液，其仅由FeS纳米球稳定，用于合成FeS@PANI纳米复合材料。通过PXRD、紫外-可见光谱（UV-vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和1H-NMR分析确认了FeS成功嵌入PANI基质中。FESEM和TEM研究进一步表明，FeS纳米球能够影响复合材料的形态，形成更小且结构清晰的球形颗粒，而没有FeS时则形成聚集和不规则的结构。这种形态的控制有助于提升材料的结构稳定性和功能性表现。FeS@PANI复合材料因其可调节的导电性和良好的环境稳定性，在某些应用中具有独特优势，特别是在需要表面活性和氧化还原过程的场景中。由于FeS的负载量通常低于1%，复合材料的行为主要由PANI决定，而FeS则在一定程度上提升了材料的性能，如增强表面相互作用或优化电子传输特性。例如，在废水处理中，FeS@PANI可以用于去除有毒金属离子如Cr(VI)或Pb(II)。在这种情况下，PANI提供了活跃的氧化还原位点，用于捕获和转化污染物，而FeS则可以通过额外的结合或氧化还原相互作用提高去除效率。此外，这些复合材料在化学传感领域也展现出潜力，因为PANI的导电性会随着分析物如硫化氢或氨的变化而改变，而FeS则有助于提升灵敏度和选择性。在电磁干扰（EMI）屏蔽应用中，PANI的导电性与FeS的介电或磁性特性相结合，能够有效衰减电磁辐射。这些应用案例与材料的实际组成和功能限制高度契合。同时，乳液基的、无表面活性剂的合成方法提供了一种清洁、可扩展的途径，用于制备具有定制性能的多功能纳米材料。然而，通过纳米尺度整合提升PANI的结构和功能特性仍是一项挑战。通过利用FeS纳米球的界面稳定性和活性，本研究成功合成了具有可控形态和增强功能特性的FeS@PANI复合材料。这一成果不仅在FeS@PANI的合成方面具有重要意义，还为利用反相胶束体系与Pickering乳液结合设计混合纳米结构提供了框架。通过简单调整W?值，能够精确调控纳米颗粒的尺寸和界面特性，标志着纳米材料合成领域的重要进展。此外，将FeS纳米球与导电聚合物如PANI结合，为开发适用于能量存储、传感和环境修复等领域的新型功能材料开辟了新的途径。

在实验部分，研究首先介绍了所使用的材料，包括SPAN 80、1-丁醇、甲苯、硫酸亚铁铵、硫化钠、苯胺、过硫酸钾和盐酸等。所有用于研究的水溶液均使用蒸馏水制备。随后，研究详细描述了FeS纳米颗粒的制备方法。通过反相胶束法，在不同W?值（5、10、15、20和30）的W/O微乳液体系中合成FeS纳米颗粒。具体步骤包括将甲苯加入含有水和SPAN 80的干燥烧杯中，并按照预定的水-表面活性剂摩尔比进行混合。接着，将溶液置于数字控制的超声波浴中进行30秒的超声处理。为了获得最佳透明度，缓慢加入1-丁醇，并持续搅拌至溶液达到平衡状态。当溶液不再浑浊时，表明形成了稳定的微乳液。该过程在恒定温度303 K下进行。不同W?值对应的各组分体积百分比详见表2。

为了合成FeS纳米颗粒，分别将1 M的Fe2+和S2?溶液加入到已制备的W/O微乳液体系中。微乳液I通常由莫尔盐的1 M溶液组成，而微乳液II则由硫化钠的1 M溶液构成。将这两种微乳液体系在磁力搅拌器上搅拌1小时，以确保充分混合。然后，通过离心（HERMLE Labortechnik GmbH）将目标产物从非极性相、表面活性剂和共表面活性剂中分离出来。离心过程在4000 rpm下进行15分钟。合成的纳米颗粒在离心后进行清洗，并在空气中干燥。本研究中，使用了五种不同类型的微乳液，其W?值分别为5、10、15、20和30。极性内核的尺寸随W?值的变化而改变，从而对目标纳米结构的尺寸产生巨大影响。

接下来，研究对FeS纳米颗粒进行了表征。通过粉末X射线衍射（PXRD）分析了其晶体结构，结果表明在W/O微乳液体系中合成的FeS纳米颗粒的衍射峰与标准参考值一致，确认了其成功合成。FTIR分析用于检测FeS纳米颗粒的功能团，结果显示在684–414 cm?1范围内出现的强峰与FeS纳米颗粒的伸缩和变形振动有关。此外，通过热重分析（TGA）评估了纳米颗粒的热稳定性，结果表明在30–800 °C温度区间内，纳米颗粒的重量变化主要与表面吸附的水分蒸发有关。动态光散射（DLS）用于测量FeS纳米颗粒的PDI，结果显示随着W?值的增加，纳米颗粒的尺寸分布和平均直径逐渐增大。TEM和FESEM分析进一步验证了这些发现，表明在低水含量（W? = 5）下形成的纳米颗粒更小且更均匀，而在高水含量（W? = 30）下形成的纳米颗粒更大且分布不均。这些结果支持了W?值对纳米颗粒尺寸和分布的影响。

随后，研究探讨了FeS纳米球在Pickering乳液中的应用。通过将不同浓度的FeS纳米球（0.0125、0.025、0.05和0.075 wt%）加入到水相中，并与甲苯作为油相混合，形成Pickering乳液。通过数字图像和光学显微镜观察乳液滴的形态，并通过接触角测量确认乳液类型。研究发现，当FeS纳米球浓度达到0.075 wt%时，乳液滴的尺寸显著减小，表明乳液的稳定性增强。此外，通过测量乳液的粘度，进一步验证了FeS纳米球对乳液稳定性的影响。结果显示，随着FeS纳米球浓度的增加，乳液的粘度逐渐升高，表明乳液滴之间的相互作用增强，从而抑制了乳液滴的聚并。这一现象支持了FeS纳米球在Pickering乳液中的高效稳定作用。

最后，研究通过Pickering乳液法合成了FeS@PANI纳米复合材料，并对其进行了详细表征。通过PXRD、UV-vis、FTIR和1H-NMR分析确认了FeS成功嵌入PANI基质中。TEM和FESEM图像显示，FeS纳米球能够有效控制PANI的尺寸和形态，形成更小且结构清晰的球形纳米复合材料。FTIR分析进一步表明，FeS纳米球与PANI之间的相互作用导致了特征峰的偏移，这为复合材料的形成提供了直接证据。1H-NMR分析揭示了纳米复合材料中不同质子的信号，表明其结构特征与PANI一致。此外，通过SAED（选区电子衍射）分析，确认了FeS和FeS@PANI均为粉末状材料，且其晶相未因聚合过程而改变。这些表征结果不仅验证了FeS@PANI的合成，还为未来在能量存储、传感和环境修复等领域的应用提供了理论基础。

综上所述，本研究通过反相胶束介导的FeS纳米球合成，成功将其用于Pickering乳液的稳定，从而实现了FeS@PANI纳米复合材料的精确合成。这一方法不仅提升了纳米材料的合成效率，还为调控纳米复合材料的形态和功能特性提供了新的途径。研究结果表明，W?值对纳米颗粒的尺寸和分布具有显著影响，而FeS纳米球在Pickering乳液中的应用进一步验证了其在界面工程中的潜力。通过这一策略，FeS纳米球不仅作为稳定的乳液剂，还作为调控聚合物纳米复合材料形貌的关键因子，为开发具有可调特性的先进材料提供了重要参考。未来，这一研究方法有望在多个领域得到应用，包括环境治理、传感器和能量存储等，为纳米材料的合成与应用开辟了新的方向。