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Marangoni自驅動是指通過表面張力梯度驅動實現液滴或固體器件的運動，由于其響應速度快、作用力程長、適用范圍廣等優點，在軟體機器人、貨物運輸、宏觀自組裝等領域有廣泛的應用前景。然而，傳統兩親性分子作為Marangoni自驅動“燃料”時，面臨以下兩個重要的問題：首先傳統兩親性分子被釋放到水面后會快速聚集于氣液界面處并達到界面飽和，致使界面鈍化而運動停止；其次，由于流體力學過程的復雜性，一旦觸發Marangoni運動，就難以原位調節其運動狀態，即實現開-停控制。這些問題極大地限制了Marangoni自驅動技術的發展與應用。

近日，北京化工大學的石峰教授/成夢嬌教授團隊提出了“超兩親分子燃料和開關”的新概念，通過超兩親分子在界面上的吸附/分解競爭過程，能夠原位調控Marangoni自驅動運動的ON-OFF狀態。這一策略拓展了超兩親分子在化學自驅動中的新應用。

作者設計合成了4-偶氮苯-氨基-1,3-苯二磺酸二鈉(DABS)超兩親分子，利用席夫堿連接親水基團與疏水基團，使其同時實現“燃料”與“開關”的多重功能：（1）DABS分子具有良好的表面活性，在氣/液界面釋放后能夠快速降低局部表面張力，從而形成表面張力梯度，產生Marangoni環流，作為動力實現迷你器件的自發運動；（2）DABS遇水易分解，因而在界面形成了“吸附”與“分解”的動態平衡，精細調控該平衡可以很好地控制界面上的DABS含量，避免表面飽和吸附或者表面完全清除兩種極端情況，從而維持相對穩定的表面張力梯度，延長Marangoni自驅動運動時間，與傳統兩親性分子相比，延長了近50倍；（3）DABS的水解具有pH響應性，酸性或堿性條件下過快或過慢，導致“吸附”與“分解”兩個競爭過程失衡，走向上述兩種極端，從而可以利用pH值調節實現運動的原位OFF控制。

上述超兩親分子同時作為“燃料”與“開關”的概念與策略，可以為無線/無電池機器人、智能系統及迷你發電機的設計提供新思路，同時也發展了超兩親分子在化學自驅動中的新應用。

論文信息

ON-OFF Control of Marangoni Self-propulsion via A Supra-amphiphile Fuel and Switch

Guiqiang Zhu, Shu Zhang, Guoxin Lu, Benwei Peng, Cuiling Lin, Liqun Zhang, Prof. Feng Shi, Dr. Qian Zhang, Prof. Mengjiao Cheng

文章的第一作者是北京化工大學的博士生朱桂強，通訊作者是張倩博士和成夢嬌教授。

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202405287

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