超分子化学—实现农药液滴超铺展沉积的新策略

植物叶片表面受到乳突微纳米结构和蜡质疏水化学成分的共同影响而呈现出疏水甚至超疏水状态，导致农药液滴从植物叶片表面反弹或剧烈飞溅，使得农药的有效利用率仅达到0.02%-3%，不利于农业生产发展，且对生态环境造成不可逆的破坏。

目前，针对农药液滴在超疏水界面上的沉积问题，主要有两种解决策略：一种是加入表面活性剂，通过降低表面张力促进液滴浸润，但表面活性剂降低表面张力的能力有限。另一种就是向液滴里加入少量聚合物来增加液体粘度，从而抑制反弹回缩，但由在叶面铺展面积小，难以实现农药喷雾应用。因此开发出一类新型高效的表面活性剂是一项非常重要且具有挑战性的科学任务。

近日，华中师范大学李海兵教授（点击查看介绍）团队开发了一种超分子两亲性表面活性剂，利用多亲水头基的氨基柱[5]芳烃(AP5A)与疏水分子癸酸(G1)的主客动态自组装，调控农药液滴在超疏水界面上的铺展沉积。研究表明：AP5A与G1的自组装结构可以改善液滴在超疏水界面上的浸润性，其铺展面积相比于对照组液滴增大了5倍。其超铺展机理为：AP5A包结G1形成超两亲复合物并自组装形成囊泡，进而通过降低液滴的表面张力来促进液滴在超疏水界面上的铺展沉积。该研究为解决农药液滴在超疏水界面上的沉积问题提供了一种新策略，为“发展绿色农业 农药减量增效”的重大国家战略贡献科技力量。

这一成果近期发表在Journal of Agricultural and Food Chemistry 上，并被评选为封面论文（Front Cover），华中师范大学硕士研究生刘佩为第一作者，李海兵教授为通讯作者。

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Promoting the Spreading of Droplets on a Superhydrophobic Surface by Supramolecular Amphiphilic Complex-Based Host–Guest Chemistry

Pei Liu, Ming Cheng, Huijuan Zhang, Jiaxin Quan, Hewei Yan, Siyun Zhang, Lei Yang, Haibing Li*, and Guangfu Yang

J. Agric. Food Chem., 2021, 69, 9545–9550, DOI: 10.1021/acs.jafc.1c02656

李海兵教授介绍

李海兵，华中师范大学桂子学者特聘教授，教育部新世纪优秀人才，湖北省杰出青年人才。曾获教育部自然科学二等奖，湖北省自然科学奖，湖北省青年科技奖，武汉市青年科技奖。1998年于华中科技大学化学学院获得学士学位，2003年于武汉大学获理学博士，2003年至2004年在法国国家科研中心（CNRS）从事博士后研究，2004年至2005年在华中科技大学生命科学与技术学院任教，2006年至今在华中师范大学化学学院任教，2010年至2012年在中科院化学所从事博士后研究（合作导师：江雷院士），2015年至2016年作为高级访问学者访问美国犹他大学（合作教授：Henry S. White 院士和Peter Stang院士）。主持承担包括国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项项目。

李海兵

https://www.x-mol.com/university/faculty/10797 

课题组链接

http://lilab.ccnu.edu.cn/