專利名稱：一維氧化鋁納米線/納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一維氧化鋁納米線/納米棒的制備方法。
背景技術(shù)：
一維或準一維納米材料的調(diào)控合成，被認為是研究其它低維功能材料的基礎(chǔ)，哈 佛大學(xué)著名科學(xué)家C. M. Lieber教授認為，一維體系是可用于電子有效傳輸及光激發(fā)的最 小維度結(jié)構(gòu)，因此可能成為實現(xiàn)納米器件集成與功能的關(guān)鍵。氧化鋁是國民生活和生產(chǎn)中 大量遇到的材料。最長用到的為Y型氧化鋁與a型氧化鋁。Y型氧化鋁是一種多孔性 物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達數(shù)百平方米，活性高吸附能力強。工業(yè)品常為無色或微帶粉紅的 圓柱型顆粒，耐壓性好。在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體； 在工業(yè)上是變壓器油、透平油的脫酸劑，還用于色層分析；在實驗室是中性強干燥劑，其干 燥能力不亞于五氧化二磷，使用后在175°C以下加熱6 8小時還能再生重復(fù)使用；a型 氧化鋁不溶于水和酸，可用于制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實驗儀器；還可作研 磨劑、阻燃劑、填充料等；高純的a型氧化鋁還是生產(chǎn)人造剛玉、人造紅寶石和藍寶石的原 料；還用于生產(chǎn)現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的板基。一維納米氧化鋁結(jié)合了納米材料的優(yōu)點與本身多功能性的特點是近年來科研界 及工業(yè)界研究的熱點。例如李等通過Al404c的轉(zhuǎn)變法制備了 a型氧化鋁納米管[Yubao Li，Yoshio Bando, et al. Adv. Mater. 2005，17，1401]；方等用模板法制備了 a 型氧化鋁的 納米帶[X. S. Fang, C. H. Ye, et al. J. Mater. Chem.，2003，13，3040]。這些低維納米氧化鋁 在具有本身特點的同時，又具有量子效應(yīng)，展現(xiàn)光致發(fā)光的特征。然而，一維納米材料的各 向異性和超小尺寸給它的設(shè)計和合成帶來了較大困難。更由于氧化鋁需要由含水氧化鋁材 料高溫焙燒才能轉(zhuǎn)晶成a型或Y型，致使一維氧化鋁材料的制備存在著成本居高不下、制 備條件極其苛刻，后處理復(fù)雜、環(huán)境污染大等問題。一維氧化鋁納米線/納米棒的制備還存 在著很大的挑戰(zhàn)，常規(guī)合成方法限制了此類低維氧化鋁納米材料的發(fā)展及工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是即現(xiàn)有技術(shù)中存在的成本居高不下、制備條件極其 苛刻，后處理復(fù)雜、環(huán)境污染大的問題，提供了一種新的一維氧化鋁納米線/納米棒的制備 方法。該方法具有制備過程簡單；制備成本低；環(huán)境友好的特點。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一維氧化鋁納米線/納米棒 的方法，包括以下步驟a)首先將無定形氧化鋁和金屬銅混合得混合物I ;b)在反應(yīng)溫度為 100 240°C條件下，酸性水溶液蒸氣和有機溶劑蒸氣的混合物II與混合物I相接觸，反應(yīng) 生成薄姆石納米線/納米棒；c)在600 1200°C條件下將薄姆石納米線/納米棒焙燒3 24小時得氧化鋁納米線/納米棒。上述技術(shù)方案中金屬銅作為催化劑優(yōu)選方案為銅絲、銅 片或銅質(zhì)容器。酸性水溶液的PH值優(yōu)選范圍為1 < 7 ；酸性水溶液優(yōu)選方案選自磷酸水 溶液、鹽酸水溶液或硝酸水溶液中的至少一種。有機溶劑優(yōu)選方案選自甲苯、戊-辛烷中至少一種。反應(yīng)溫度優(yōu)選范圍為110 200°C，反應(yīng)時間優(yōu)選范圍為6 48小時。在這里，銅作為催化劑，無定形氧化鋁在其催化作用及蒸氣重整作用下自發(fā)形成 納米線/納米棒。不同的PH值的水蒸氣在這里起到了控制長徑比的作用，即在低pH值的 情況下，薄姆石傾向形成長徑比低的納米棒，PH值偏向中性情況下，薄姆石傾向形成長徑比 低的納米線。而在堿性條件下，則生成了納米片結(jié)構(gòu)。由此可以推測，在低PH，酸條件下所 產(chǎn)生的H+有利于薄姆石沿著(ObO)晶面生長，形成一維結(jié)構(gòu)；而在高pH，堿條件下所產(chǎn)生的 0H_有利于薄姆石沿著(aOO)或(00c)晶面生長形成二維結(jié)構(gòu)。使用本發(fā)明的方法，整個過 程通過簡單的酸堿性調(diào)變和銅催化反應(yīng)，成功地制備了不同長徑比的一維氧化鋁納米線/ 納米棒。由于不需要添加任何模板劑、不需要復(fù)雜的設(shè)備和后處理、其溶劑可以反復(fù)利用， 大大降低了反應(yīng)的成本，同時亦對環(huán)境友好，取得了較好的技術(shù)效果。附圖及說明

圖1. 1為實施例1中，水相pH = 1條件下制備的薄姆石納米棒的掃描電鏡(SEM) 圖片。圖1. 2為實施例7中，水相pH = 6條件下制備的薄姆石納米線的掃描電鏡(SEM) 圖片。圖1. 3為比較例1中，水相pH = 9條件下制備的薄姆石納米片的掃描電鏡(SEM) 圖片。圖2為實施例1所得薄姆石材料的電子衍射(ED)圖片圖3為實施例1所制備的薄姆石[A10(0H) ]，y型氧化鋁(、-A1203)與a型氧化 鋁(a-Al203)的XRD衍射譜。分別完美地對應(yīng)了三種晶相的標(biāo)準譜線。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
具體實施例方式實施例1一維氧化鋁納米線/納米棒的制備以薄姆石納米棒為例。包括以下步驟a)首先 將無定形氧化鋁，金屬銅混合得混合物I，b)反應(yīng)溫度為100 240°C條件下，酸性水溶液 蒸氣和有機溶劑蒸氣的混合物II與混合物I相接觸，反應(yīng)生成薄姆石納米線/納米棒；c) 在600°C條件下將薄姆石納米棒焙燒6小時得、型氧化鋁納米線/納米棒；在1200°C條件 下焙燒6小時得及a型氧化鋁納米線/納米棒。實施例2 11按照實施例1的制備條件與步驟，只是改變酸性水溶液的組份與pH值、有機溶劑 的種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、焙燒溫度，可得到不同長徑比，不同晶體結(jié)構(gòu)的一維納米氧化 鋁納米線/納米棒，具體結(jié)果列于表中。比較例1 5按照實施例1的方法，使加入的水溶液pH呈現(xiàn)堿性，可得到不同大小的納米片層結(jié)構(gòu)。如圖1. 1，1. 2，1. 3的SEM照片所示，低pH值條件得到長為幾微米，直徑100納米 的納米棒；中PH值條件合成可得到長為幾十微米，直徑100納米的納米線；高pH值條件得 到幾百納米大小的納米片。圖2所示ED元素分析表明該材料為氧化鋁組成。圖3為600°C
4及1200°C焙燒后樣品XRD粉末衍射譜如圖，與Y型氧化鋁，a型氧化鋁的標(biāo)準譜相一致。具體實施例及比較例結(jié)果總結(jié)見下表。
權(quán)利要求
一種一維氧化鋁納米線/納米棒的制備方法，包括以下步驟a)首先將無定形氧化鋁和金屬銅混合得混合物I；b)在反應(yīng)溫度為100～240℃條件下，酸性水溶液蒸氣和有機溶劑蒸氣的混合物II與混合物I相接觸，反應(yīng)生成薄姆石納米線/納米棒；c)在600～1200℃條件下將薄姆石納米線/納米棒焙燒3～24小時得氧化鋁納米線/納米棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一維氧化鋁納米線/納米棒的制備方法，其特征在于作為催化 劑的金屬銅為銅絲、銅片或銅質(zhì)容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一維氧化鋁納米線/納米棒的制備方法，其特征在于酸性水溶 液的PH值為1 < 7 ；酸性水溶液選自磷酸水溶液、鹽酸水溶液或硝酸水溶液中的至少一 種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一維氧化鋁納米線/納米棒的制備方法，其特征在于反應(yīng)溫度 為110 200°C，反應(yīng)時間為6 48小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一維氧化鋁納米線/納米棒的制備方法，其特征在于有機溶劑 選自甲苯、戊 辛烷中至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一維氧化鋁納米線/納米棒的制備方法。主要解決以往技術(shù)在制備一維納米氧化鋁材料時的成本高、制備及后處理復(fù)雜、環(huán)境污染大的問題。本發(fā)明通過采用將無定形氧化鋁，金屬銅的混合物I與酸性水溶液蒸氣和有機溶劑蒸氣的混合物II在100～240℃條件下互相接觸，催化重整；反應(yīng)生成薄姆石納米線/納米棒，然后在600～1200℃條件下將薄姆石納米線/納米棒焙燒3～24小時得氧化鋁納米線/納米棒的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，可用于制備一維氧化鋁納米線/棒材料的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號C01F7/42GK101885501SQ20091005724
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者唐康健, 楊為民, 高煥新 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院