近日，位於魯爾河畔米爾海姆的馬克斯-普朗克研究所的化學家已找到一種方法，可以通過簡單的機械化學方法（球磨法）以生產納米級剛玉（α-氧化鋁，粒徑~13nm）。目前已有工業公司開始使用Mülheim工藝大規模生產納米剛玉（α-氧化鋁，粒徑~13nm）。
米爾海姆（Mülheim）研究人員研磨勃姆石轉化獲得剛玉納米顆粒。©弗蘭克·文肯
α-氧化鋁是一種特別穩定的氧化鋁變體，可用作汽車催化劑中的抗性載體材料或用作特別堅硬的陶瓷的起始材料。在各種變體中，剛玉會由於微量的鉻，鐵或鈦而形成紅寶石和藍寶石。但是，材料科學家對它作為寶石的興趣不大。由於剛玉在硬度方面幾乎可以與鑽石抗衡，並且還具有極高的耐熱性和耐化學性，因此剛玉被用於催化以及牙科，修復體和切削工具中的陶瓷植入物。如果陶瓷是由剛玉的納米顆粒製成的，則可以使陶瓷具有更高的抗斷裂性。納米級剛玉可以簡化汽車催化劑的結構，其催化活性成分將變得更加穩定。迄今為止，汽車工業使用的氧化鋁穩定性仍需改進。
化工行業對納米級剛玉製成的載體材料非常感興趣。 “在催化過程中，如合成燃料的生產，載體的高度穩定性至關重要。現在，我們可以通過穆爾海姆化學家發現的簡單機械化學方法輕鬆地獲得納米氧化鋁。
研究人員通過在球磨機中簡單研磨塊狀勃姆石來製備剛玉納米粉末，然後將其短暫加熱。到目前為止，化學家只有在超過1200°C的溫度下煅燒起始材料或在500°C的較溫和的溫度下將其加壓數週後，才能從其他氧化鋁或氫氧化物生產剛玉。但是，高溫處理之後材料燒結形成大顆粒晶體。
將勃姆石研磨約3小時，可生產表面積為140平方米/克的剛玉納米顆粒（~13nm） ©Amol Amrute
該團隊偶然發現在球磨機中產生的剛玉納米顆粒。他們研究了這種催化劑載體的工業應用。他們使用混合了金顆粒的軟質氧化鋁（γ-氧化鋁）作為催化劑，並採用各種分析方法在球磨機中進行了後續處理。結果表明，僅幾個小時後，部分γ-氧化鋁已轉化為剛玉。然而，以這種方式從γ-氧化鋁獲得的剛玉具有中等的納米結晶度。但是，通過對此進行系統的研究，他們解釋了前驅體勃姆石在球磨機的研磨下發生結構變化形成剛玉納米顆粒的形成機理。
專門從事新型催化劑開發的Mülheim研究人員現在正在研究如何將納米剛玉用作各種反應的催化劑材料。由於剛玉非常穩定，並且以納米顆粒的形式比以前使用的氧化鋁形式甚至可以更快地促進某些反應。第一工業公司已經意識到用於合成剛玉納米顆粒的簡單方法。潛在的客戶已經表達了興趣，並且目前正在開發一種生產大量納米剛玉的方法。
相關文獻鏈接：DOI：10.1126 / science.aaw9377
信息來源：Max-Planck-Gesellschaft官網
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