專利名稱:一種一維Al00H和γ-Al的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于無機(jī)化工技術(shù)領(lǐng)域,涉及納米材料的制備方法,尤其涉及一種一維AlOOH和γ-Al2O3納米材料的制備方法。
背景技術(shù):
發(fā)展一種可控的合成方法一直是材料科學(xué)學(xué)家所追求的目標(biāo),自從碳納米管發(fā)現(xiàn)以來,一維納米結(jié)構(gòu)材料因其奇特的電學(xué)、光學(xué)、磁性和機(jī)械性能及其在納米器件構(gòu)造中的潛在應(yīng)用而倍受關(guān)注,因而探索制備結(jié)構(gòu)有序、性能優(yōu)良的低維納米材料一直是研究的熱點(diǎn)。人們在一維納米結(jié)構(gòu)的制備方面已經(jīng)做了很多的嘗試,但是由于這些一維納米材料的尺寸極小和它們的各向異性,使它們的合成與制備仍然面臨著許多挑戰(zhàn),因此探求能夠控制一維納米材料的晶核形成和生長技術(shù)變得越來越重要。超細(xì)氧化鋁因其具有耐高溫、耐腐、比表面積大、反應(yīng)活性高、電絕緣性好、在低溫下易于成型等優(yōu)異特性,在人工晶體、精細(xì)陶瓷、傳感器、催化劑等方面得到了廣泛的應(yīng)用,因而氧化鋁納米材料的制備具有重要意義。在過去的幾年內(nèi),隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對低維納米材料制備及應(yīng)用日益關(guān)注,不同形貌的一維氧化鋁納米材料如納米線、納米管、納米帶、納米纖維、納米須、納米球已經(jīng)用不同的方法制備出來。但除了R.Brusasco課題組在1984年以AlCl3和Al2O3溶液為原料,在高壓反應(yīng)釜內(nèi)以160℃反應(yīng)40小時(shí)得到纖維狀A(yù)lOOH外[R.Brusasco,J.Gaassi,J.Baglio,Mater.Res.Bull.,19,1489],大部分是在反應(yīng)體系中引進(jìn)了表面活性劑或模板來制備一維γ-Al2O3納米材料。Zhu et al報(bào)導(dǎo)了用聚乙烯作為表面活性劑制備氫氧化鋁中間體,從而得到一維γ-Al2O3納米纖維[H.Zhu,J.D.Riches and J.C.Barry,Chem.Mater.,2002,14,2086.]Zhang et al用非離子表面活性劑合成了多孔棒狀的γ-Al2O3納米粒子[Z.Zhang Thomas J.Pinnavaia,J.Am.Chem.Soc.,2001,124,12294.];Kuang et al報(bào)導(dǎo)了用CTAB作表面活性劑來制備γ-Al2O3納米管[D.Kuang,γ.Fang,H.Liu,C.Frommen and D.Fonske,J.Mater Chem.2003,13,660.];Lee et al.用表面活性劑作模板制備一維γ-Al2O3納米結(jié)構(gòu)[Hyun.Chul.Lee.et al.,J.Am.Chem.Soc.,2003,125,2882]。由此看來,迄今為止,制備一維γ-Al2O3納米材料都離不開表面活性劑或模板,工藝復(fù)雜,成本高,不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不用表面活性劑或模板,工藝簡單易行,成本低,適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的一維AlOOH和γ-Al2O3納米材料的制備方法,以滿足社會急需。
本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)該一維AlOOH和γ-Al2O3納米材料的制備方法按如下步驟進(jìn)行a、將可溶性鋁鹽溶解在去離子水中,在冰水浴條件下加入氨水,用攪拌器劇烈攪拌至產(chǎn)生白色Al(OH)3沉淀;然后b、將白色Al(OH)3沉淀用去離子水離心洗滌至pH值為中性;然后c、再重新分散到蒸餾水中,攪拌均勻后轉(zhuǎn)移到不銹鋼反應(yīng)釜中,在加熱條件下反應(yīng)完全,自然冷卻,所得反應(yīng)液用微波輻射,得白色干燥產(chǎn)物,產(chǎn)物經(jīng)在馬弗爐內(nèi)煅燒,得γ-Al2O3納米針?;蛘咂渌襟E不變,只在a工序中,在室溫條件下加入氨水,得γ-Al2O3納米棒?;蛘咂渌襟E不變,在a工序中,將生成白色Al(OH)3沉淀的pH值調(diào)整為9~11;在c工序中,向水熱體系滴加正丁胺至pH值為13~15,得γ-Al2O3納米管。
本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)所述的可溶性鋁鹽優(yōu)選硝酸鋁、硫酸鋁、氯化鋁,所述反應(yīng)釜中加熱反應(yīng)溫度為240~260℃,所述馬弗爐內(nèi)煅燒溫度為650~750℃,煅燒時(shí)間為1.5~2.5小時(shí)。
本發(fā)明以可溶性鋁鹽和氨水為原料,用溶膠-水熱法制備一維氧化鋁納米材料,系統(tǒng)的研究了制備條件(滴加沉淀劑的條件、水熱體系的pH值等)對產(chǎn)物尺寸和形貌的影響,采用X射線粉末衍射技術(shù)、TEM、HRTEM、傅立葉紅外光譜、固體熒光技術(shù)對所得產(chǎn)品進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過改變實(shí)驗(yàn)條件,可以得到不同結(jié)構(gòu)的勃姆石AlOOH一維納米材料,用微波輻射法干燥所得產(chǎn)品在700℃煅燒2h,可得到相應(yīng)的尺寸均勻的氧化鋁一維納米材料。同時(shí)由于一維納米材料具有各向異性等特異性質(zhì),因此,可望在磁性、電學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。
本發(fā)明勃姆石(AlOOH)和氧化鋁(γ-Al2O3)納米棒、納米針及納米管的生產(chǎn)過程中不使用任何表面活性劑和模板,生產(chǎn)工藝簡單,生產(chǎn)成本低,通過控制一定的pH值和反應(yīng)溫度就可以控制勃姆石(AlOOH)和氧化鋁(γ-Al2O3)納米材料的形貌,并適于采用大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
圖1是本發(fā)明制備的勃姆石(AlOOH)的XRD圖;圖2是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)的XRD圖;圖4是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)納米針的TEM照片;圖6是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)納米棒的TEM照片;圖7是本發(fā)明制備的勃姆石(AlOOH)納米管的TEM照片;圖8是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)納米管的TEM照片;圖9是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)納米棒的高分辨照片;圖10是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)納米管的高分辨照片;圖11是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)納米棒的電子衍射花樣;圖12是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)納米管的電子衍射花樣。
圖13是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)的紅外光譜圖;圖14是本發(fā)明制備的氧化鋁(γ-Al2O3)的光致發(fā)光光譜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1稱取0.001mol的Al(NO)3·9H2O溶解在20ml水中,在冰水浴條件下加入新配制的0.3M的NH3·H2O,用電磁攪拌器劇烈攪拌,直到產(chǎn)生白色Al(OH)3沉淀,測定pH值為8,用去離子水多次洗滌,除去NO3-和NH4+,至pH值為7左右,然后重新分散到蒸餾水中,攪拌均勻后轉(zhuǎn)移到20ml不銹鋼反應(yīng)釜中,擰緊釜蓋,在250℃條件下反應(yīng)8h后,自然冷卻,所得反應(yīng)液用微波輻射3分鐘,得白色干燥產(chǎn)物為勃姆石(AlOOH)納米針,產(chǎn)物在馬弗爐內(nèi)以700℃鍛燒2h,得γ-Al2O3納米針。
實(shí)施例2稱取0.001mol的Al(NO)3·9H2O溶解在20ml水中,在室溫條件下加入新配制的0.3M的NH3·H2O,用電磁攪拌器劇烈攪拌,直到產(chǎn)生白色Al(OH)3沉淀,測定pH值為8,用去離子水多次洗滌,除去NO3-和NH4+,至pH值為7左右,然后重新分散到蒸餾水中,攪拌均勻后轉(zhuǎn)移到20ml不銹鋼反應(yīng)釜中,擰緊釜蓋,在250℃條件下反應(yīng)8h后,自然冷卻,所得反應(yīng)液用微波輻射3分鐘,得白色干燥產(chǎn)物為勃姆石(AlOOH)納米針,產(chǎn)物在馬弗爐內(nèi)以700℃鍛燒2h,得γ-Al2O3納米棒。
實(shí)施例3稱取0.001mol的Al(NO)3·9H2O溶解在20ml水中,在室溫條件下加入新配制的0.3M的NH3·H2O,用電磁攪拌器劇烈攪拌,直到產(chǎn)生白色Al(OH)3沉淀,測定pH值為10,用去離子水多次洗滌,以除去NO3-和NH4+,至pH值為7左右,然后再重新分散到蒸餾水中,后通過滴加正丁胺調(diào)節(jié)pH值為14左右,移入到20ml不銹鋼反應(yīng)釜中,擰緊釜蓋,在250℃條件下反應(yīng)8h后,得到的是勃姆石(AlOOH)納米管,產(chǎn)物在馬弗爐內(nèi)以700℃鍛燒2h,得γ-Al2O3納米管。
權(quán)利要求
1.一種一維AlOOH和γ-Al2O3納米材料的制備方法,其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行a、將可溶性鋁鹽溶解在去離子水中,在冰水浴條件下加入氨水,用攪拌器劇烈攪拌至產(chǎn)生白色Al(OH)3沉淀;然后b、將白色Al(OH)3沉淀用去離子水離心洗滌至pH值為中性;然后c、再重新分散到蒸餾水中,攪拌均勻后轉(zhuǎn)移到不銹鋼反應(yīng)釜中,在加熱條件下反應(yīng)完全,自然冷卻,所得反應(yīng)液用微波輻射,得白色干燥產(chǎn)物,產(chǎn)物經(jīng)在馬弗爐內(nèi)煅燒,得γ-Al2O3納米針?;蛘咂渌襟E不變,只在a工序中,在室溫條件下加入氨水,得γ-Al2O3納米棒?;蛘咂渌襟E不變,在a工序中,將生成白色Al(OH)3沉淀的pH值調(diào)整為9~11;在c工序中,向水熱體系滴加正丁胺至pH值為13~15,得γ-Al2O3納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一維AlOOH和γ-Al2O3納米材料的制備方法,其特征在于所述的可溶性鋁鹽優(yōu)選硝酸鋁、硫酸鋁、氯化鋁,所述反應(yīng)釜中加熱反應(yīng)溫度為240~260℃,所述馬弗爐內(nèi)煅燒溫度為650~750℃,鍛燒時(shí)間為1.5~2.5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種一維AlOOH和γ-Al
文檔編號C01F7/00GK1546380SQ200310114419
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月10日
發(fā)明者唐波, 葛介超, 禚林海, 唐 波 申請人:山東師范大學(xué)