一种羟基氧化铝纳米材料及其制备方法与流程

1.本发明属于ⅲa族羟基氧化物纳米材料的制备领域，特别涉及一种简单、新颖、高效的制备羟基氧化铝纳米锥和纳米花的方法。


背景技术：

2.铝是地壳中含量最多的元素，羟基氧化铝作为铝的存在形式之一，在自然界中大多存在于矿物中。羟基氧化铝有着独特的结构特征，能在许多方面表现出优异的性能，用途较为广泛，在众多方面有着巨大的应用前景，也引起了研究者们广泛的研究热情。
3.羟基氧化铝(γ
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alooh)表面具有丰富的羟基基团，是氢键型二维材料的一种，而且纳米尺寸的羟基氧化铝具有比表面积大等特点，作为吸附剂被广泛应用于处理工业废水和保护环境等方面。在生物医学方面，铝盐作为疫苗佐剂已有几十年的历史，而羟基氧化铝佐剂由于高吸附能力和对某些抗原具有较好的吸附性成为应用较多的疫苗佐剂之一。羟基氧化铝还具有形貌、尺寸易于调控，生物兼容性较好以及广泛的表面结合能力等特点，在药物输送等方面有广泛的应用前景；一些形貌特殊的羟基氧化铝甚至有望用作化疗药物的递送系统。
4.同时，羟基氧化铝受热容易分解，能够吸收热量并且生成水，可以作为阻燃剂使用。在催化剂、微电子功能材料等方面羟基氧化铝也有着很好的应用前景。
5.形貌可控是纳米尺度的羟基氧化铝的能够有广泛用途的重要原因。目前，应用比较多的，合成不同形貌羟基氧化铝的方法是水热合成法。例如：fu等人用水热法合成了直径约为8nm，长度300nm以上的γ
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alooh的纳米棒，这种纳米棒具有良好的光吸收能力。zhu等人用水热法制备出结晶度较好的花状γ
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alooh纳米晶体，适合用作为催化载体。除了水热合成法，溶胶
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凝胶法、溶剂热法也是比较常用的制备方法。如song等人通过溶剂热合成法制备出海胆状羟基氧化铝微球，这种海胆状羟基氧化铝微球具有多孔，比表面积大等特点。
6.研究者们对于羟基氧化铝不同形貌的研究投入了很大的研究热情，也收获了大量不同形貌的羟基氧化铝产物，但就目前而言对于纳米锥形貌的羟基氧化铝的研究较少。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是，提供一种制备羟基氧化铝(γ
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alooh)纳米锥及由此纳米锥自组装而成的纳米花的新方法，方法简单，易于控制，重复性好，样品纯度高，结晶性好。
8.具体技术方案如下：
9.一种羟基氧化铝纳米材料，是由羟基氧化铝纳米锥以及由所述纳米锥自组装而成的纳米花构成，是铝、氧和羟基以化学计量数为1:1:1的比例构成的一种γ
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alooh，属于正交晶系，具有水铝石结构。
10.所述的纳米锥长1～2μm，底部直径100～200nm，尖端直径10～20nm，侧面平直，表面光滑。
11.所述的纳米花是由纳米锥自组装而成，纳米锥底部相互连接，尖端分离形成花瓣，纳米花的直径为3～6微米。
12.一种羟基氧化铝纳米材料的制备方法，以无水氯化铝、无水乙醇和油酸为原料，首先按照每克无水氯化铝对应20ml无水乙醇的比例将无水氯化铝和无水乙醇混合均匀；然后按油酸与无水乙醇体积比1:4的量将油酸添加到无水氯化铝和无水乙醇混合溶液中并将其混合均匀；之后将混合溶液倒入反应釜，在温度为180～200℃密封保温24～48h；反应结束后，待其自然冷却至室温，将产物清洗、烘干、研磨后得到白色羟基氧化铝粉末。
13.为了制备尺寸均一、晶型完整的羟基氧化铝纳米锥及由此纳米锥自组装而成的纳米花，在反应釜中反应温度优选200℃；反应时间优选48小时。
14.所述的将无水氯化铝和无水乙醇混合均匀，具体是在磁力搅拌器上搅拌30分钟，搅拌过程中用保鲜膜封口，减少乙醇挥发；所述的将油酸添加到无水氯化铝和无水乙醇混合溶液中并将其混合均匀，具体是在磁力搅拌器上搅拌30分钟。
15.所述的清洗，优选用环己烷和无水乙醇离心清洗3～5次。
16.所述的烘干，优选在60℃下干燥3小时。
17.有益效果：
18.本发明首次合成出羟基氧化铝(γ
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alooh)纳米锥及由此纳米锥自组装而成的纳米花结构；纳米锥长约1～2μm，底部直径100～200nm，尖端直径10～20nm，侧面平直，表面光滑；纳米花是由纳米锥自组装而成，纳米锥底部相互连接，其尖端分离形成花瓣，纳米花的大小约几微米。本发明使用溶剂热合成法，操作简单、重复性好、成本低廉；制备出的γ
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alooh纳米锥和纳米花的产量高、纯度高，为进一步研究羟基氧化物的应用奠定了基础。
附图说明
19.图1是实施例1制得的γ
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alooh纳米锥的sem图。
20.图2是实施例1制得的γ
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alooh纳米花的sem图。
21.图3是实施例1制得的γ
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alooh纳米锥的tem图。
22.图4是实施例1制得的γ
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alooh纳米锥和纳米花xrd谱图。
23.图5是实施例2制得的γ
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alooh纳米锥的sem图。
24.图6是实施例2制得的γ
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alooh纳米锥和纳米花的xrd谱图。
25.图7是实施例3制得的γ
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alooh纳米锥和纳米花的xrd谱图。
26.图8是实施例4制得的γ
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alooh纳米管的sem图。
27.图9是实施例4制得的γ
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alooh纳米管的tem图。
具体实施方式
28.实施例1
29.以无水氯化铝、无水乙醇和油酸为原料，首先将0.6g无水氯化铝添加到放有12ml无水乙醇的烧杯中，用保鲜膜封口，在磁力搅拌器中搅拌30分钟，得到混合溶液；然后将3ml油酸添加到放有无水氯化铝和无水乙醇混合溶液的烧杯中，再用磁力搅拌器搅拌30分钟；搅拌结束后将混合溶液倒入反应釜，200℃密封保温48h；待其自然冷却至室温，用环己烷和无水乙醇将产物清洗三次、烘干、研磨后得到白色粉末状羟基氧化铝样品，样品包含羟基氧
化铝γ
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alooh纳米锥以及由所述纳米锥自组装而成的纳米花。
30.本实施例是最佳实施例。
31.图1给出了上述条件制备的γ
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alooh纳米锥的sem图，可以看出这种纳米锥有一个尖锐的顶端；同时也可以看出γ
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alooh纳米锥长约为1μm，底部约164nm，尖端部分直径约16nm。图2给出上述条件下制备的γ
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alooh纳米花的sem图，可以看出纳米花由纳米锥底部相互连接组装而成，纳米花的直径3～6微米；图3给出上述条件下制备的γ
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alooh纳米锥的tem图，右上角为纳米锥的电子衍射图。图4给出上述条件下制备的γ
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alooh纳米锥和纳米花的xrd谱图。证明合成的羟基氧化铝样品结晶性好，产物纯度高。
32.实施例2
33.以无水氯化铝、无水乙醇和油酸为原料，首先将0.6g无水氯化铝添加到放有12ml无水乙醇的烧杯中，用保鲜膜封口，在磁力搅拌器中搅拌30分钟，得到混合溶液；然后将3ml油酸添加到放有无水氯化铝和无水乙醇混合溶液的烧杯中，再用磁力搅拌器搅拌30分钟；搅拌结束后将混合溶液倒入反应釜，200℃密封保温24h；待其自然冷却至室温，用环己烷和无水乙醇将产物清洗三次、烘干、研磨后得到白色粉末状羟基氧化铝样品。
34.图5给出所制备的γ
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alooh纳米锥晶体的扫描电镜，可以看出γ
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alooh纳米锥的尺寸较大，并且侧壁不够平滑。图6给出所制备的γ
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alooh纳米锥和纳米花晶体的xrd图，(002)和(102)之间有一个峰，经对比，是alooh胶体的峰，说明结晶性较实施例1稍差。
35.实施例3
36.以无水氯化铝、无水乙醇和油酸为原料，首先将0.6g无水氯化铝添加到放有12ml无水乙醇的烧杯中，用保鲜膜封口，在磁力搅拌器中搅拌30分钟，得到混合溶液；然后将3ml油酸添加到放有无水氯化铝和无水乙醇混合溶液的烧杯中，再用磁力搅拌器搅拌30分钟；搅拌结束后将混合溶液倒入反应釜，180℃密封保温48h；待其自然冷却至室温，用环己烷和无水乙醇将产物清洗三次、烘干、研磨后得到白色粉末状羟基氧化铝样品。
37.图7给出所制备的γ
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alooh纳米锥和纳米花晶体的xrd图，(002)和(102)之间有一个小鼓包，经对比，是alooh胶体的峰，说明结晶性略差。
38.实施例4
39.以无水氯化铝和无水乙醇为原料，将0.6g无水氯化铝添加到放有15ml无水乙醇的烧杯中，用保鲜膜封口，在磁力搅拌器中搅拌30分钟，得到混合溶液；再将混合溶液倒入反应釜，200℃密封保温48h；待其冷却至室温烘干、研磨后得到白色粉末状羟基氧化铝样品。
40.图8给出本条件下所制备的γ
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alooh纳米管的sem图；图9给出本条件所制备的γ
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alooh纳米管的tem图，可以看出在不加油酸的条件下制备出的γ
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alooh形貌为纳米管。