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本论文中合成了三类离子型表面活性剂，包括具有不同疏水链长和联接基团的pH敏感型磺酸盐Gemini表面活性剂、含有酰胺基团或酯基的可降解阳离子季铵盐型Gemini表面活性剂，以及Gemini表面活性剂和bola表面活性剂杂化的三头基两性离子表面活性剂，通过表面张力、电导、稳态荧光、等温滴定微量量热、动态激光光散射、透射电镜和氢核磁共振谱等多种手段系统地研究了上述各类离子型表面活性剂在水溶液中的聚集行为，取得了以下主要结果：
(1)研究了一系列含有pH敏感基团的磺酸盐型Gemini表面活性剂以及对应的单链表面活性剂。相同疏水链长的Gemini表面活性剂比单链表面活性剂具有更低的临界胶束浓度(CMC)和更低的聚集体微极性，以及更有利于聚集体形成的胶束化焓(△Hmic)。随疏水烷基链长由8个碳原子增加到12个碳原子，Gemini表面活性剂的△Hmic由明显的吸热转变为几乎为零，而当烷基链长由10增加为12时，Gemini表面活性剂的CMC值却未相应降低。此外，所有的表面活性剂在pH9.2，浓度为0.01 M硼砂溶液中均自发形成囊泡。除烷基链之间的疏水相互作用外，三级胺间形成的分子间氢键以及苯环之间的π-π相互作用是促使表面活性剂形成囊泡的主要原因。
(2)研究了一系列含有酰胺基团或酯基可降解基团的季铵盐型Gemini表面活性剂及其对应的单链表面活性剂。在氢键作用促进下，这些表面活性剂均自发形成囊泡。当酰胺基团位于表面活性剂分子的疏水链上时，形成氢键时可通过疏水链的柔性有效避免头基间的静电斥力，致使该系列表面活性剂具有很强的聚集能力；当酰胺基团位于Gemini表面活性剂的联接基团上时，对于短的联接基团，由于形成分子内氢键的可能性大大降低，聚集能力低于前者；而当酰胺基团同时存在于表面活性剂的疏水链和联接基团时，表面活性剂的CMC和聚集体内部的微极性均最小，其胶束化过程中放出的能量最多，表明酰胺基团间形成的氢键是促进胶束化的主要动力之一。对于含有酯基的Gemini表面活性剂，其通过水分子形成的氢键较酰胺基团间直接形成的氢键能量小，导致形成聚集体的自由能和分子在聚集体中排列的紧密程度均明显不及含有酰胺基团的Gemini表面活性剂。
(3)研究了Gemini表面活性剂与bola表面活性剂杂化而成的三头基两性离子表面活性剂(SeriesⅠ和SeriesⅡ)以及与其对应的单疏水链磺酸内盐型两性离子表面活性剂(SeriesⅢ)，这些表面活性剂具有不同长度的疏水烷基链(SeriesⅠ)、不同的联接基团(SeriesⅡ)或不同的离子基团数目(SeriesⅠ和SeriesⅢ)。随烷基链长增加，SeriesⅠ和SeriesⅢ中表面活性剂的CMC值逐渐减小，SeriesⅠ的△Hmic由一较小的吸热值转化为放热值，且数值逐渐降低，SeriesⅢ的△Hmic由吸热值逐渐转变为零。SeriesⅡ中含有短或刚性联结基团的表面活性剂的△Hmic值明显大于含有长柔性联接基团的表面活性剂。此外，SeriesⅢ中的表面活性剂均形成胶束，而SeriesⅠ和SeriesⅡ中部分表面活性剂则形成了囊泡。