中國粉體網(wǎng)訊  納米氧化鋁是一種尺寸在1~100nm范圍內(nèi)的超細(xì)微粒。由于具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)和表面特性，其催化活性和選擇性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的氧化鋁催化劑。目前，氧化鋁已廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料、催化劑載體、熒光材料和紅外吸收材料等。尤其是具有特殊結(jié)構(gòu)和形貌的微納米結(jié)構(gòu)氧化鋁則更是由于其獨(dú)特的性質(zhì)，如結(jié)構(gòu)可控性、比表面積高、熱和化學(xué)穩(wěn)定性好等受到研究人員的關(guān)注。

然而傳統(tǒng)的制備方法包括醇鋁水解法、鋁汞齊法、酸堿沉淀法和油柱成型法等所得到的氧化鋁主要是由大小不一的顆粒無序地堆積在一起形成的多孔性物質(zhì)，其微觀上無特殊結(jié)構(gòu)。因此，如何制得具有特定形貌的氧化鋁材料已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。

有研究發(fā)現(xiàn)，勃姆石在焙燒過程中仍然保留其原有的介觀形貌，通過制備在納米尺度上具有特定形貌的勃姆石晶體成為可以獲得不同形貌的納米氧化鋁的重要途徑。

勃姆石(γ-AlOOH)是γ-Al₂O₃的前驅(qū)體，以其獨(dú)特的化學(xué)、光學(xué)、力學(xué)性質(zhì)在陶瓷材料、復(fù)合材料、表面防護(hù)層材料、光學(xué)材料、催化劑及載體材料、半導(dǎo)體材料及涂料等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

目前，具有特定形貌的勃姆石的制備方法很多，包括硬模板法、電化學(xué)法、水/溶劑熱法、溶膠-凝膠法、氣相沉積法、含鋁化合物的高溫裂解以及微乳液法等方法。其中水熱法是最常用的合成方法，它具有反應(yīng)條件溫和容易控制、晶體形貌易調(diào)變等優(yōu)點(diǎn)，生成的勃姆石的結(jié)晶度和分散性好，不易出現(xiàn)大塊的團(tuán)聚體。

自從Bugosh首次通過水熱法合成了纖維狀勃姆石以來，國內(nèi)外研究人員先后制備出了納米線、納米管、納米棒、納米纖維、納米片以及花瓣形和空心球形等一系列不同形貌的納米勃姆石。

納米粒狀勃姆石

納米顆粒是指納米量級(jí)的微觀顆粒，被定義為至少在一個(gè)維度上小于100nm的顆粒，是一種重要的零維納米材料。納米顆粒具有極高的表面能，易于團(tuán)聚。因此，制備出粒徑分布較窄、不易團(tuán)聚的納米顆粒成為重要的研究課題。

Yannick等對(duì)普通水熱法和引入聚丙烯酸鈉的水熱法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明聚丙烯酸鈉可以和前驅(qū)體粒子作用進(jìn)而改變表面性質(zhì)，可以阻止勃姆石納米粒子的大量團(tuán)聚。普通水熱法合成的勃姆石粒徑范圍在60~80nm，而引進(jìn)聚丙烯酸鈉后合成出的納米粒子粒徑在15~40nm之間。

納米纖維狀勃姆石

納米纖維是指直徑為納米尺度而長(zhǎng)度較大的線狀材料。由于納米纖維與納米電子器件及微型傳感器密切相關(guān)，可以應(yīng)用于納米導(dǎo)線、開關(guān)及高性能光導(dǎo)纖維等方面。

Zhu等向含有勃姆石和聚環(huán)氧乙烷混合物的水熱釜中以固定時(shí)間間隔間歇性地加入新鮮含鋁水合物（主要含有氫氧化鋁），結(jié)果發(fā)現(xiàn)勃姆石納米纖維長(zhǎng)度由原來的40～50nm增長(zhǎng)至100nm。表面活性劑聚環(huán)氧乙烷分子在納米纖維的生長(zhǎng)上起了重要作用，它與鋁水化合物表面形成了氫鍵，引導(dǎo)了鋁水化合物的組裝排列，同時(shí)納米纖維的結(jié)晶度也有了提高。

納米棒狀勃姆石

在水熱反應(yīng)體系中，不同離子水解產(chǎn)物的溶解度與酸堿度之間為非線性關(guān)系，酸堿度的大小直接影響前驅(qū)物的溶解度，而且導(dǎo)致金屬離子以不同的聚集體存在，這些聚集體的溶解度與水解度也存在很大的差別，通過調(diào)節(jié)酸堿度可以調(diào)節(jié)它們之間的最佳匹配溶解度。

Chen等通過改變水熱反應(yīng)體系的pH值，成功地合成出了勃姆石一維納米棒和二維納米片。在水熱反應(yīng)體系的pH值約為５的酸性環(huán)境下，合成出了長(zhǎng)度為100~150nm之間的納米棒；在水熱反應(yīng)體系的pH值約為10的堿性環(huán)境下，合成出了尺寸為20~30nm之間的二維納米片。

納米管狀勃姆石

自從1991年Lijima發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，由于管狀的納米材料優(yōu)良的性能和在納米器件中的潛在運(yùn)用，科研工作者十分關(guān)注納米管材料的制備。Kuang等向NaAlO₂溶液中添加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）進(jìn)行水熱反應(yīng)，合成出長(zhǎng)度為30~70nm，外徑為5~6nm的勃姆石納米管。

合成勃姆石納米管的TEM圖

單獨(dú)納米管的HRTEM圖

納米帶狀勃姆石

Gao等采用“分子裁剪薄片”法，把金屬薄片和琥珀酸二異辛酯磺酸鈉一起放入水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，然后從經(jīng)過清洗干燥后的金屬薄片刮下最終的產(chǎn)物，產(chǎn)物為10nm寬的勃姆石單晶納米帶。通過改變裁剪劑的濃度，可以制得不同尺寸的納米帶。

二維納米勃姆石

Wang等通過晶種誘導(dǎo)法，即先在干凈的玻璃滑片上沉積一層勃姆石溶膠薄膜，然后將玻璃滑片和NaAlO₂及尿素溶液一起進(jìn)行水熱反應(yīng)，最后制得了勃姆石納米片。

勃姆石納米片

層狀勃姆石

Wu等用Al(NO₃)₃和尿素為原料，以水熱法大規(guī)模地合成出了層狀勃姆石。表征結(jié)果顯示其寬度為100~200nm，長(zhǎng)度為500~1000nm。

花狀勃姆石

Wang等以石英板為基片，將基片和NaAlO₂、尿素形成的混合溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，石英板表面勃姆石的形貌經(jīng)歷了一系列變化，從單純的納米片到納米片組件，再變化到花狀納米結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)捕捉了這些形貌的變化，并提出了花狀納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。

花狀勃姆石納米材料

空心球狀勃姆石

Jiang等以Al₂(SO₄)₃和尿素為起始原料，通過水熱反應(yīng)成功制備出具有空心球狀結(jié)構(gòu)的勃姆石，研究了尿素和Al³⁺物質(zhì)的量比以及水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)最終所形成的勃姆石形貌和結(jié)構(gòu)的影響。

結(jié)語

溫俊磊等將多種形貌勃姆石的制備原料、方法、條件以及形貌等歸納總結(jié)如下表所示。

不同形貌勃姆石合成情況

（多種形貌勃姆石納米材料制備的研究進(jìn)展/溫俊磊等）

具有特定形貌的勃姆石經(jīng)過煅燒處理后，就可以得到具有相同形貌的氧化鋁，而不同形貌的氧化鋁因其獨(dú)特的性能被廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為材料領(lǐng)域的新寵。零維和一維勃姆石以及氧化鋁納米晶體被廣泛應(yīng)用于特種陶瓷和催化劑載體，并表現(xiàn)出良好的性能。目前較多的研究集中于制備，應(yīng)用方面力度不足。在特殊形貌的勃姆石制備的基礎(chǔ)上，應(yīng)大力開發(fā)其潛在的應(yīng)用，使其盡早更廣泛地服務(wù)社會(huì)。

參考來源：

多種形貌勃姆石納米材料制備的研究進(jìn)展/溫俊磊等；

水熱法合成納米勃姆石及其影響因素/王廣磊等；

不同形貌氧化鋁的可控制備及其催化氧化的應(yīng)用研究/汪潔；

水熱法制備不同形貌的勃姆石研究/張麗等。

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