研究背景
纳米Al2O3作为一种重要的纳米材料，具有比表面积大、孔容大和表面活性中心多等优点，被广泛用作催化剂载体、催化剂和吸附剂等。刚玉（α-Al2O3）具有高的机械稳定性，纳米颗粒的α-Al2O3则可以无需洗涂直接用作载体；作为合成氨催化剂载体，可提升催化活性。
过去有一些实验研究了刚玉纳米颗粒（α-Al2O3）的热力学和合成方法。然而，迄今为止尚未开发出一种可用于制备表面积超过100 m2 g-1 高纯刚玉的方法。主要的原因是反应需要克服高活化能势垒（485 kJ mol-1），反应温度高于1473 K才能将氧化物离子从过渡氧化铝中的立方紧密堆积结构重新排列成六方紧密堆积晶型。这种转变通常会在转化过程中导致大量的质量转移，这通常会导致表面积的损失。
在室温下，γ-Al2O3实际上可能是氧化铝纳米颗粒的热力学最稳定相，对应于100至200 m2 g-1的表面积。在800 K时，即使在较低的表面积下，γ- Al2O3也可能变得稳定。因此，倾向于导致形成最稳定相的高温工艺决不能制备出高表面积的α- Al2O3。但理论研究表明，多晶型氧化铝的表面能及其稳定性在很大程度上取决于微晶的大小和羟基化程度。因此，合成表面积大于100 m2 g-1的α- Al2O3是可行的，但通过1500 K的高温法制备α- Al2O3并不成功。
成果简介
为解决上述问题，德国马克斯·普朗克煤炭研究所的Amol P. Amrute和Ferdi Schüth开发了一种在室温下通过勃姆石（γ-AlOOH）合成纳米级α- AlO粒径〜13 nm，表面积〜140 m g）的简便方法。这种机械化学脱水的方法对勃姆石（γ-AlOOH）进行球磨，通过机械诱导的脱水反应，且球磨对颗粒表面能的影响，制备出直径约13 nm的高纯度刚玉（α- AlO）纳米颗粒。
该成果以“High-surface-area corundum by mechanochemically induced phase transformation of boehmite”为题于2019年10月25日在线发表在国际期刊Science上。
图文导读
图1 α-Al2O3合成方法示意图
图2 通过对勃母石球磨制备的α-Al2O3 XRD图及比表面图
图3 γ- Al2O3和γ-AlOOH相对于α-Al2O3的自由能
图4 通过对勃母石球磨制备的α-AlO形貌结构表征
High-surface-area corundum by mechanochemically induced phase transformation of boehmite（Science .2019. DOI: 10.1126/science.aaw9377）
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