納米Al2O3的制備、摻雜改性及應(yīng)用進(jìn)展

陳夢(mèng)婷，孫佳麒，劉 屈，胡思前，張玉敏

(江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056)

納米Al2O3具有獨(dú)特的表面效應(yīng)，如量子尺寸效應(yīng)和體積效應(yīng)。具有量子效應(yīng)的納米Al2O3具有較高的活性，比表面能較大，進(jìn)而在光、電、磁、熱力學(xué)和化學(xué)多方面表現(xiàn)出一系列的優(yōu)異性能[1-3]。納米Al2O3具有多種結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的納米Al2O3廣泛應(yīng)用于陶瓷、化工、機(jī)械、微電子、醫(yī)學(xué)、光學(xué)等行業(yè)，用納米Al2O3作為基材制備系列材料，其質(zhì)量直接影響材料成品的質(zhì)量。如何得到低成本、高質(zhì)量、高純度的納米Al2O3是科學(xué)工作者不斷探索的目標(biāo)。自20世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境污染已成為世界各國(guó)面臨的突出問(wèn)題，采用納米Al2O3作為光催化劑降解環(huán)境中的污染物，是科學(xué)研究者不斷探索的領(lǐng)域。自Fujishima[4]第一個(gè)提出用光催化技術(shù)來(lái)降解環(huán)境的污染物起，就開(kāi)創(chuàng)了光催化研究的時(shí)代。光催化技術(shù)只需要在太陽(yáng)光條件下即可反應(yīng)，大大節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，并且光催化反應(yīng)是將污染物完全氧化[5]成H2O和無(wú)機(jī)離子，不會(huì)再造成環(huán)境的二次污染，還可以降解多種環(huán)境污染物。因此，光催化技術(shù)是新型的綠色環(huán)境保護(hù)技術(shù)，具有很好的發(fā)展前景[6，7]。

隨著納米Al2O3研究的深入，科學(xué)家們對(duì)納米Al2O3的探究不再只局限其本身，將納米Al2O3摻雜多種離子或有機(jī)物改性，對(duì)摻雜得到的納米Al2O3復(fù)合材料進(jìn)行表征分析，發(fā)掘出多種高性能的納米材料，使其應(yīng)用領(lǐng)域得到深入與拓展。本文主要對(duì)納米材料的制備方法、納米Al2O3的摻雜改性種類(lèi)及其應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

1 納米Al2O3 的制備方法

H.Gleiter[8]等是納米Al2O3粉體制備的首批科學(xué)家，為納米技術(shù)做出了巨大貢獻(xiàn)，自此，制備出性?xún)r(jià)比高的納米Al2O3成為科學(xué)研究者探索的熱點(diǎn)。L .C.Pathak，T.B.Singh等[9]用化學(xué)燃燒法制備納米Al2O3粉體；Z Q Yu，Q Zhao等人[10]通過(guò)控制鹽酸的加入量，得到球狀100nm的α- Al2O3；張桂芳、沈強(qiáng)等人[11]用均勻沉淀法制備Al2O3粉體；G .Bertrand.C.Fili-atre[12]等人用浮性和穩(wěn)定性?xún)?yōu)良的漿料進(jìn)行噴霧干燥，最終得到Al2O3粉體；日本科學(xué)家Murotani[13]對(duì)摻金屬離子的納米Al2O3進(jìn)行了相關(guān)研究。楊秋紅[14，15]以及長(zhǎng)春理工大學(xué)科研人員等，在對(duì)納米Al2O3采用金屬摻雜的科研項(xiàng)目中取得重大的成果。制備納米Al2O3的方法較多，按照納米Al2O3的三態(tài)可以將其制備方法分為固相法、濕化法和氣相法。

1.1 濕化法制備

1.1.1 沉淀法

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)納米Al2O3多采用濕化法，因其生產(chǎn)成本相對(duì)比較低，操作條件也更為簡(jiǎn)單，而且采用濕化法制備納米Al2O3的原料來(lái)源比較廣泛。在濕化法中應(yīng)用比較廣的是沉淀法，沉淀法制備的納米Al2O3顆粒粒徑較小，且分布均勻[16]。沉淀法是通過(guò)制備前驅(qū)體，然后在一定溫度下煅燒得到納米Al2O3，而制備前驅(qū)體是向在溶液狀態(tài)下的制備原料加入沉淀劑得到的，制備流程見(jiàn)圖1。

圖1 沉淀法制備納米Al2O3流程

一般沉淀法的反應(yīng)體系可以分為三種：第一種是硝酸鋁+碳酸銨，這個(gè)體系在酸性和堿性的條件下都可以得到納米Al2O3，但在堿性條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以得到更高質(zhì)量、更高純度的納米Al2O3[17]；第二種是硫酸鋁銨+碳酸氫銨體系，該方法制備性能良好的納米Al2O3的溶液，pH值維持在8.0到10.0之間。張艾飛等[18]用碳酸銨為沉淀劑研發(fā)出制備納米Al2O3的新方法，制備出的納米Al2O3粉體粒徑較小；第三種是無(wú)機(jī)鹽+尿素均相沉淀。王雅娟[19]等以硝酸鋁和碳酸銨為原料，在沉淀法中利用超聲波使其不易團(tuán)聚，制得了粒徑較小的納米Al2O3粉末。沉淀法優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低；但制備的納米Al2O3粉體之間容易形成團(tuán)聚，并且該方法制備的納米Al2O3容易受溫度、溶液pH值等因素的影響，因此要得到高質(zhì)量的納米Al2O3，就要求制備設(shè)備是可控的。

1.1.2 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法首先將原料分散在溶劑中，然后經(jīng)過(guò)水解反應(yīng)生成活性單體，活性單體進(jìn)行聚合，開(kāi)始成為溶膠，從而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，然后再經(jīng)過(guò)干燥和熱處理制備出納米Al2O3，其制備流程見(jiàn)圖2。

圖2 溶膠-凝膠法制備納米Al2O3流程

Thiruchitrambalam M[20]等通過(guò)鋁的水解，結(jié)合超聲波的方法，再通過(guò)干燥得到納米Al2O3粉末。余忠清等[21]用乙醇鋁和有機(jī)物為原料，得到粒徑較大的γ- Al2O3。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：制備納米Al2O3的溶液的反應(yīng)溫度較低，而且可以按照需求制備產(chǎn)品，在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，其伴隨的副反應(yīng)不多；但該方法生產(chǎn)的納米Al2O3粉體之間團(tuán)聚比較嚴(yán)重，而且制備納米Al2O3所采用的分散劑大多是有毒性的有機(jī)物，這在某種程度上限制了該法在工業(yè)上的推廣應(yīng)用。

1.1.3 水熱法

水熱法是通過(guò)在金屬鋁的溶液中加入堿溶液，在水熱反應(yīng)釜反應(yīng)，以高溫高壓為反應(yīng)條件，通過(guò)抽濾、干燥以及煅燒之后得到納米Al2O3，其制備流程見(jiàn)圖3。

圖3 水熱法制備納米Al2O3的流程

Zhu H Y等[22]以NaAlO2和醋酸為原料，制備出棒狀的納米γ- Al2O3。納米Al2O3不同的制備方法得到的產(chǎn)品形狀是不一樣的：當(dāng)采用水熱法，以Al(OH)3為前驅(qū)體，得到的納米Al2O3是針狀；當(dāng)制備納米Al2O3以水、正丁醇為反應(yīng)介質(zhì)，得到的納米Al2O3是板狀的[23]。水熱法制備的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)晶良好、團(tuán)聚較弱；但該方法必須控制好溫度、壓力等條件，否則會(huì)影響納米Al2O3的顆粒大小。

1.1.4 微乳液法

微乳液法是將兩種不相融的溶劑混合，然后加入表面活性劑，會(huì)形成密閉微小反應(yīng)器小液滴，使反應(yīng)在小液滴內(nèi)部進(jìn)行。然后將析出的固體直接沉淀、洗滌、離心、干燥、煅燒，在該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)兩種溶劑混合后，可以通過(guò)超聲波的振蕩來(lái)形成優(yōu)良的微乳液。該方法可以避免發(fā)生二次團(tuán)聚，其制備流程見(jiàn)圖4。

圖4 微乳液法制備納米Al2O3的流程

陸勝等[24]向PEG和正丁醇的混合溶液中滴加NaAlO2，通過(guò)超聲波振蕩，制得乳液，然后向其中加入CO2，析出的沉淀再由高溫1 200℃煅燒得到35～80nm的納米Al2O3。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：納米Al2O3生長(zhǎng)在一個(gè)球狀液滴中，對(duì)納米材料表面進(jìn)行包覆、修飾等方面比其他方法有明顯的優(yōu)勢(shì)；但用微乳液法制備納米Al2O3，要求實(shí)驗(yàn)人員時(shí)時(shí)刻刻關(guān)注實(shí)驗(yàn)過(guò)程，控制條件要求嚴(yán)格，因此該方法若推廣到工業(yè)制備納米Al2O3，則需要考慮很多因素才能實(shí)現(xiàn)。

1.2 固相法

固相法制備納米Al2O3的方法可以分成兩大類(lèi)：一類(lèi)是機(jī)械球磨法，另一類(lèi)是化學(xué)熱解法。機(jī)械球磨法是在無(wú)外部提供熱能的條件下，用原料在機(jī)械球中研磨，然后用酸去除雜質(zhì)制備得到納米Al2O3?；瘜W(xué)熱解法是通過(guò)向鋁鹽中加入成型劑及助燃劑，再通過(guò)高溫煅燒得到納米Al2O3。固相法的流程見(jiàn)圖5。

圖5 固相法制備納米Al2O3的流程

胡程等[25]采用機(jī)械球磨法制備出了納米Al2O3，該方法中采用的是德國(guó)生產(chǎn)的立式攪拌磨，然后向Al2O3中加入氧化鋯后得到了 ZTA 復(fù)相陶瓷，相比其他方法制備得到的同樣的陶瓷，該方法制備得到的陶瓷機(jī)械性能更高。機(jī)械球磨法制備納米Al2O3的優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)備簡(jiǎn)單且單一、成本不高、可一次性生產(chǎn)大量的納米Al2O3；其缺點(diǎn)是：由于該方法是機(jī)械研磨，納米Al2O3粉體大小不會(huì)得到人為的控制，所以會(huì)出現(xiàn)不均勻的情況。

李東紅等[26]用化學(xué)熱解法制得了粒度為20～30nm的γ- Al2O3。化學(xué)熱解法目前采用的反應(yīng)體系有兩個(gè)：一個(gè)是硫酸鋁銨熱解，另一個(gè)是AACH(碳酸鋁銨)熱解法。硫酸鋁銨熱解法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的氣體SO2，且該氣體還會(huì)慢慢腐蝕儀器設(shè)備。AACH熱解法的優(yōu)點(diǎn)是相比于硫酸鋁銨不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的氣體，但其實(shí)驗(yàn)的條件較高，故其成本也高，從環(huán)保角度考慮，該方法更適合用于工業(yè)生產(chǎn)納米Al2O3。

1.3 氣相法

氣相法制備納米Al2O3采用的主要是化學(xué)氣相沉積法，該方法是以AlCl3溶液為原料，然后通過(guò)一定溫度，使之變?yōu)闅怏w，再使其與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氣態(tài)的納米Al2O3。氣相法的流程見(jiàn)圖6。

圖6 氣相法制備納米Al2O3的流程

意大利的 Borsella等[27]采用氣相法制備了粒徑較小的球形的納米Al2O3；Ananthapadmanabhan等[28]使用熱等離子法，制備了粒度分布30nm左右的γ- Al2O3粉體。用氣相法制備得到的納米Al2O3粉體，顆粒分布均勻、純度高，但是該方法制備過(guò)程的操作復(fù)雜，所需的儀器設(shè)備也極其昂貴，若規(guī)模化大量生產(chǎn)納米Al2O3粉體，所需成本相對(duì)較高。

綜上所述，生產(chǎn)納米Al2O3的方法分為氣相法、濕化法和固相法。其中，濕化法是如今生產(chǎn)納米Al2O3最普遍的方法，其次是固相法、氣相法。用濕化法制備粉體相比于其他兩種辦法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、產(chǎn)物的純度高，化學(xué)成分可以通過(guò)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中控制原料用量的方式來(lái)達(dá)到目的。固相法可以生產(chǎn)大量的納米Al2O3粉體，但固相法生產(chǎn)的納米Al2O3粒徑不能得到控制，生產(chǎn)出來(lái)的納米Al2O3粒徑分布不均勻，而且該方法生產(chǎn)出來(lái)的納米Al2O3大多數(shù)純度和細(xì)度都達(dá)不到要求，產(chǎn)品容易團(tuán)聚。氣相法對(duì)設(shè)備要求很高，粉末收集比較困難[29]。

2 納米Al2O3 摻雜改性

納米Al2O3由于表面能較高、比表面積大，不能均勻地分散在體系中，極易發(fā)生團(tuán)聚，從而導(dǎo)致納米材料性能下降。因此，對(duì)納米Al2O3改性研究是近年來(lái)科學(xué)工作者不斷探索和研究的問(wèn)題。對(duì)納米Al2O3改性研究的報(bào)道有很多，歸納起來(lái)主要有兩個(gè)方面：一是離子摻雜，二是表面修飾。

2.1 離子摻雜

離子摻雜是改性納米Al2O3中探索較多、最直接的方法。摻雜是將所需摻雜的離子通過(guò)反應(yīng)加入納米Al2O3結(jié)構(gòu)中，是一種使光電和半導(dǎo)體材料獲得理想特性的材料改性技術(shù)之一。通過(guò)摻雜可以有效抑制電子回到空穴的概率，提高電子的利用率和Al2O3表面的吸附能力，從而達(dá)到增強(qiáng)納米Al2O3的熱穩(wěn)定性、催化活性以及其他性能。將金屬離子以溶液的形式引入到納米氧化鋁晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，對(duì)納米氧化鋁進(jìn)行改性，可以形成摻雜能級(jí)，能量較小的光子就可以激發(fā)摻雜能級(jí)中的電子和空穴，從而提高光子的利用率；另外，可控復(fù)合摻雜可以造成納米氧化鋁的晶格缺陷，形成更多的活化中心，有利于延長(zhǎng)電子和空穴的存活時(shí)間[30，31]。離子摻雜是將所需摻雜的離子引入納米材料的晶格內(nèi)部，從而改變納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)，最終使納米材料的綜合性能得到改善。用作離子摻雜的主要有稀土金屬離子、堿土金屬離子、過(guò)渡金屬離子。

目前，對(duì)納米Al2O3摻雜改性的稀土金屬離子有La3+、Ce4+、Yb3+、Pr3+、Sm3+，對(duì)稀土元素的研究更多地側(cè)重于La元素。對(duì)納米Al2O3摻雜改性的堿土金屬離子有Ba2+、Sr2+、Ca2+等；對(duì)納米Al2O3摻雜改性的過(guò)渡金屬離子有Ti2+、Zn2+、Ag2+、Cu2+、Y2+、Zr2+、Pt2+、Fe3+、Cr3+等。不管摻雜的是哪種離子，其機(jī)理是在一定溫度下可以直接插入具有陽(yáng)離子缺陷的Al2O3尖晶石結(jié)構(gòu)中，占據(jù)緊密堆積氧離子形成的空隙，降低Al2O3晶格中的離子活性，穩(wěn)定Al2O3的結(jié)構(gòu)；還有學(xué)者認(rèn)為，某些摻雜離子與Al2O3高溫下發(fā)生固相反應(yīng)生成六鋁酸鹽是穩(wěn)定Al2O3結(jié)構(gòu)的原因。研究還表明，摻雜離子半徑越大，穩(wěn)定作用越好。此外，離子的價(jià)態(tài)也會(huì)影響其穩(wěn)定效果，這主要是由于離子半徑大和價(jià)態(tài)高會(huì)降低離子的移動(dòng)性，從而在高溫下能夠固定在Al2O3的表面，以阻止Al2O3的燒結(jié)。此外，硼、硅、磷等非金屬元素也可以摻雜改性納米Al2O3結(jié)構(gòu)。離子摻雜最終目的是改變納米Al2O3的晶形結(jié)構(gòu)，從而改變其表面性質(zhì)，提高其熱穩(wěn)定性、分散性、催化活性等，拓展其實(shí)際應(yīng)用[32-39]。圖7、圖8來(lái)自王亞敏[36]，圖9是孫雪峰[38]摻雜La和Si的研究結(jié)果。

圖7 不同La浸漬量條件制備活性Al2O3經(jīng)1 200℃焙燒后的XRD

圖8 不同Si添加量制備的改性Al2O3經(jīng)1 200℃焙燒后樣品的XRD

圖9 不同La，O濃度的Al2O3氣凝膠在1000℃焙燒后的FESEM圖

2.2 表面修飾

表面修飾是指用物理、化學(xué)、機(jī)械等方法對(duì)納米粒子表面進(jìn)行處理。根據(jù)應(yīng)用需要有目的地改變材料表面的物理、化學(xué)性質(zhì)，如表面組成、結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)、表面能、表面潤(rùn)濕性、電性能、光學(xué)性能、吸附和反應(yīng)特性等。與其他無(wú)機(jī)納米粒子一樣，Al2O3在制備過(guò)程中不可避免在其表面殘留部分的羥基和剩余電荷，基于這種特性，可針對(duì)性地對(duì)其表面進(jìn)行改性，根據(jù)修飾劑與Al2O3表面的作用機(jī)理，可將修飾納米Al2O3的方法分為表面物理修飾和表面化學(xué)修飾。

表面物理修飾利用修飾劑對(duì)納米Al2O3粒子的物理作用，如吸附、涂覆和包覆等，或指純粹物理手段對(duì)納米粉體實(shí)施表面改性的方法，如超聲、微波、研磨、光電輻照、等離子體以及熱處理。鄒云玲[40]等用水熱法，采用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)；張曉康[41]用溶膠凝膠法，采用聚乙烯醇；對(duì)納米Al2O3進(jìn)行表面改性處理，添加表面活性劑大大提高了納米Al2O3粒子的分散性和熱穩(wěn)定性。Arjun Maity 等、HuaiYing Zhang分別通過(guò)加入聚乙烯咔唑(PNVC)溶液，阿拉伯膠溶液制得包覆的納米Al2O3粒子，改性后的納米Al2O3粒子的分散性、吸附性也得到改善。對(duì)納米粉體進(jìn)行物理修飾改性方法很多，但不管使用哪種方法，物理修飾主要從分散角度出發(fā)，提高納米粒子分散性、減少團(tuán)聚發(fā)生的同時(shí)，在一定程度上也掩蓋了納米粒子本身特性。圖10是來(lái)自張曉康[41]的研究結(jié)果。

圖10 高分子量改性聚乙烯醇所制Al2O3氣凝膠樣品的TEM圖譜

表面化學(xué)修飾是利用納米Al2O3表面殘留的部分羥基及剩余電荷，有目的地選擇改性劑使之進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，改變Al2O3表面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，達(dá)到改性目的。納米Al2O3表面化學(xué)修飾常見(jiàn)的方法有偶聯(lián)、接枝、交聯(lián)。薛茹君等[42]使用硅烷偶聯(lián)劑KH570；崔海萍等[43，44]使用偶聯(lián)劑CT136和NTC401；唐明明等[45]使用硅烷偶聯(lián)劑KH570、KH550、A151和鈦酸酯偶聯(lián)劑TM-S105對(duì)納米Al2O3進(jìn)行改性；李鴻巖等[46]用4，4’一二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)；Song haojie[47]等用甲基-2，4一二異氰酸酯(TDI)對(duì)納米氧化鋁表面進(jìn)行接枝改性，鄭海忠等[48]先用硅烷偶聯(lián)劑KH -570預(yù)處理納米Al2O3，而后用聚苯乙烯(PS)接枝，運(yùn)用乳液聚合法交聯(lián)制備出納米Al2O3/聚苯乙烯(PS)的復(fù)合粒子。表面化學(xué)修飾可以提高納米Al2O3復(fù)合材料的分散性、活性、力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能以及物理機(jī)械性能。圖11、12來(lái)自薛茹君等[42]的研究結(jié)果。圖13來(lái)自鄭海忠等[48]的研究結(jié)果。

圖11 Al2O3改性前(a)和后(b)的紅外譜圖

圖12 改性Al2O3的SEM 照片

圖13 成型粉末選區(qū)激光燒結(jié)試件的 SEM照片

3 納米Al2O3 的應(yīng)用

納米Al2O3具有耐高溫、無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)穩(wěn)定性好，最早應(yīng)用于陶瓷行業(yè)，目前仍然是世界上應(yīng)用最廣泛的陶瓷材料中的一種，此處不再贅述，本文綜述目前應(yīng)用開(kāi)發(fā)較前沿的幾個(gè)方面。

3.1 催化劑及催化劑載體

納米Al2O3因其自身的特殊性質(zhì)，其表面同時(shí)存在酸性中心和堿性中心，因此本身就是一種良好的催化劑，具有比表面積大、形貌結(jié)構(gòu)可控、理化性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，可以有效解決催化劑的高選擇性和高反應(yīng)活性等問(wèn)題，因此被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)尾氣凈化、催化燃燒、石油煉制、加氫脫硫和高分子合成方面的催化劑及其載體。孫維瑤、趙振波[49]采用溶膠凝膠法，在酸性條件下合成Cr/Al2O3和Yb- Cr/Al2O3催化劑，其在苯羥基化制備苯酚的反應(yīng)中表現(xiàn)出了較好的催化活性；其中，Yb- Cr/Al2O3催化劑對(duì)苯酚選擇性達(dá)到100%。Dong Y等[50]以硫酸鋁、尿素和檸檬酸為原料，通過(guò)水熱法合成了MoNi/ Al2O3-xCA催化劑，其對(duì)二苯并噻吩的加氫脫硫表現(xiàn)出更高的催化活性。劉巖等[51]用超增溶膠團(tuán)自組裝方法，制備納米介孔Al2O3載體。李凱歌等[52]比較了不同因素對(duì)硝酸法制備Al2O3載體的影響，不同反應(yīng)條件決定著Al2O3載體的孔結(jié)構(gòu)和比表面積，Al2O3載體的比表面積和孔結(jié)構(gòu)又決定了草酸酯合成催化劑的活性和選擇性。

3.2 吸附劑

納米Al2O3具有吸附能力強(qiáng)、比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高、易再生和成本低等特征，常作為吸附劑使用。其對(duì)貴金屬和非金屬氟、砷等有很強(qiáng)的吸附能力。熊文明[53]研究了納米Al2O3負(fù)載p-DMABR對(duì)銀的吸附性能，以及納米Al2O3負(fù)載雙硫腙對(duì)貴金屬離子(Au、Pd、Pt)的吸附特性，結(jié)果表明，納米Al2O3對(duì)銀、金、鉑、鈀有較高吸附容量，對(duì)貴金屬Pd(Ⅱ)的回收率高達(dá)95.0%以上。楊瓊峰等[54]研究了納米Al2O3的制備及其對(duì)銅離子的吸附作用。李新、李娜[55，56]分別研究了納米Al2O3對(duì)貴金屬銠、銥的吸附性能。另外，孫佳文、席北斗等[57]研究了鐵改性活性Al2O3的制備及其除As(V)性能。

3.3 環(huán)保材料

納米Al2O3在環(huán)境保護(hù)、廢水處理等方面也有應(yīng)用。徐偉明等[58]對(duì)納米Al2O3去除甲醛的效果和活性炭去除甲醛的效果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)納米Al2O3去除甲醛的效果更好，而且Al2O3的來(lái)源更廣、成本更低、制備工藝簡(jiǎn)單，可以規(guī)?；a(chǎn)納米Al2O3用來(lái)去除房屋裝修所產(chǎn)生的甲醛。王夢(mèng)凡等[59]把Al2O3分散液涂抹到蜂窩狀的陶瓷上，通過(guò)高溫煅燒，得到Al2O3陶瓷膜，推廣應(yīng)用到廢水處理中。吳彩紅、鄭國(guó)源等[60]研究了高分散納米薄水鋁石和納米Al2O3的制備及其對(duì)甲基橙的吸附性能，其效果良好。Zainab Sabeeh Sadeq等[61]用九水合硝酸鋁在水熱條件下制備了Al2O3納米線(xiàn)和納米顆粒，使MB溶液在不同pH值的條件下，對(duì)比了太陽(yáng)光和二極管激光不同曝光時(shí)間對(duì)Al2O3催化性的研究，結(jié)果表明，以二極管激光為光源，溶液pH=9時(shí)，MB在90 min被完全降解。

3.4 新能源材料

對(duì)新能源材料的探索與開(kāi)發(fā)是目前最火爆的方向，金屬氧化物改性是獲取新能源材料常用的手段。王紅強(qiáng)等[62]在錳酸鋰表面包覆了一層納米Al2O3，阻止了電解液與錳酸鋰的直接接觸，提高了復(fù)合材料的離子導(dǎo)電率和電化學(xué)性能；張正國(guó)等[63]在三元正極材料表面包覆了Al2O3，發(fā)現(xiàn)正極材料最高放電比容量大，且循環(huán)穩(wěn)定性佳，電性能得到一定提高。李潔等[64]用納米Al2O3對(duì)尖晶石錳酸鋰進(jìn)行包覆改性，結(jié)果表明，模擬電池在充放電循環(huán)過(guò)程中容量衰減降低，性能得到提高。李磊等[65]采用靜電溶液噴射法，經(jīng)過(guò)浸漬和焙燒得到Fe2O3/ Al2O3光催化劑。催化劑對(duì)RR195表現(xiàn)出良好的脫色效果，并具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

3.5 傳感器材料

傳感器材料是當(dāng)今材料探索的另一熱點(diǎn)。He Qiong 等[66]研究了納米Al2O3在一氧化氮傳感器中的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。傳感器的納米Al2O3薄膜被用于檢測(cè)老鼠所釋放出來(lái)的一氧化氮，檢測(cè)結(jié)果良好，表明在一氧化氮監(jiān)控系統(tǒng)中可能會(huì)有實(shí)際的應(yīng)用。張衛(wèi)軍等[67]以納米Al2O3/殼聚糖無(wú)機(jī)-有機(jī)生物復(fù)合膜為基質(zhì)吸附納米金-HRP，構(gòu)建了新型酶?jìng)鞲衅鳎瑢⑵溆糜贖2O2的電化學(xué)檢測(cè)。該傳感器用于測(cè)定醫(yī)用消毒水中H2O2的含量，其穩(wěn)定性和重復(fù)性良好，且具有快速簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。盧云等[68]研制了納米Al2O3薄膜濕度傳感器﹐其性能非常優(yōu)良。馮僑華等[69]在Si基與敏感材料之間引入納米孔Al2O3膜，形成新型Si基微結(jié)構(gòu)傳感器；采用超聲波的方法使聚苯胺敏感材料滲入納米孔Al2O3膜中制成氣體傳感器，并在室溫下測(cè)試了傳感器對(duì)氨氣的檢測(cè)特性。結(jié)果表明：將納米孔Al2O3膜移植到Si基上增加了敏感材料的附著性，傳感器響應(yīng)靈敏。

除上述幾方面外，納米Al2O3還用于生物醫(yī)學(xué)材料，如制備人工骨、關(guān)節(jié)修復(fù)體、牙根種植體；用于光學(xué)材料，如納米Al2O3和稀土熒光粉混合制得復(fù)合材料，成為日光燈管涂層；利用納米Al2O3對(duì)紅外光有吸收的功能，成為制備軍事領(lǐng)域的隱身材料；利用納米Al2O3能吸收一定波長(zhǎng)下的紫外光，作為化妝品添加劑和紫外屏蔽材料；用納米Al2O3改性不同聚合物，如對(duì)水性聚氨酯、聚丙烯、線(xiàn)性低密度聚乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚四氟乙烯等進(jìn)行改性﹐均獲得較好效果；此外，用納米Al2O3與有機(jī)物交聯(lián)反應(yīng)制得復(fù)合防腐材料，與金屬氧化物、硼化物、氟化物共聚制得機(jī)加工中的潤(rùn)滑劑、拋光劑[70-72]。

4 結(jié)語(yǔ)

納米Al2O3以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的性能，在催化、環(huán)境保護(hù)、新能源、傳感器、醫(yī)學(xué)、光學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，單一結(jié)構(gòu)的納米Al2O3不再滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，研究納米Al2O3的摻雜改性，制備出高性能的新型納米Al2O3材料成為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的必然發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，雖然各種功能性納米Al2O3材料在實(shí)驗(yàn)室的制備方法百花齊放，但將其推廣到工業(yè)上進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)還存在差距，因此，工業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量、高純度的納米Al2O3以及改性制備成符合市場(chǎng)需要的復(fù)合材料，仍需要更廣泛、更深入的探究。納米Al2O3因其自身具備優(yōu)良特性，其在眾多領(lǐng)域有著極大的發(fā)展前景，亟待開(kāi)發(fā)。

納米Al2O3是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的重要材料，其不僅在傳統(tǒng)的陶瓷、化工、醫(yī)學(xué)等方面有應(yīng)用，而且越來(lái)越被廣泛地應(yīng)用在航空航天、催化劑及其載體、復(fù)合材料、傳感器、新能源材料等領(lǐng)域。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)納米Al2O3的制備和應(yīng)用又提出了更新、更高的要求。制備是其廣泛應(yīng)用的前提，其中還有許多問(wèn)題亟待解決。

(1)高效的制備工藝與方法。對(duì)已有制備工藝和方法進(jìn)行改進(jìn)與完善，尋求開(kāi)發(fā)高效、實(shí)用的工業(yè)制備工藝與方法。

(2)納米Al2O3晶形結(jié)構(gòu)多，其形貌的有序調(diào)控策略有很大的探索空間。

(3)基于納米Al2O3的優(yōu)良特性，加大其在特種納米復(fù)合材料、戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中的研究。

(4)廉價(jià)環(huán)保。鋁元素取材廉價(jià)易得，可采用天然礦物為原料，降低成本。同時(shí)，利用高效實(shí)用的制備工藝與方法，達(dá)到減少環(huán)境污染的目的。