中商碳素研究院

近日，位于鲁尔河畔米尔海姆的马克斯-普朗克研究所的化学家已找到一种方法，可以通过简单的机械化学方法（球磨法）以生产纳米级刚玉（α-氧化铝，粒径~13nm）。目前已有工业公司开始使用Mülheim工艺大规模生产纳米刚玉（α-氧化铝，粒径~13nm）。

米尔海姆（Mülheim）研究人员研磨勃姆石转化获得刚玉纳米颗粒。©弗兰克·文肯

α-氧化铝是一种特别稳定的氧化铝变体，可用作汽车催化剂中的抗性载体材料或用作特别坚硬的陶瓷的起始材料。在各种变体中，刚玉会由于微量的铬，铁或钛而形成红宝石和蓝宝石。但是，材料科学家对它作为宝石的兴趣不大。由于刚玉在硬度方面几乎可以与钻石抗衡，并且还具有极高的耐热性和耐化学性，因此刚玉被用于催化以及牙科，修复体和切削工具中的陶瓷植入物。如果陶瓷是由刚玉的纳米颗粒制成的，则可以使陶瓷具有更高的抗断裂性。纳米级刚玉可以简化汽车催化剂的结构，其催化活性成分将变得更加稳定。迄今为止，汽车工业使用的氧化铝稳定性仍需改进。

化工行业对纳米级刚玉制成的载体材料非常感兴趣。“在催化过程中，如合成燃料的生产，载体的高度稳定性至关重要。现在，我们可以通过穆尔海姆化学家发现的简单机械化学方法轻松地获得纳米氧化铝。

研究人员通过在球磨机中简单研磨块状勃姆石来制备刚玉纳米粉末，然后将其短暂加热。到目前为止，化学家只有在超过1200°C的温度下煅烧起始材料或在500°C的较温和的温度下将其加压数周后，才能从其他氧化铝或氢氧化物生产刚玉。但是，高温处理之后材料烧结形成大颗粒晶体。

将勃姆石研磨约3小时，可生产表面积为140平方米/克的刚玉纳米颗粒（~13nm）

©Amol Amrute

该团队偶然发现在球磨机中产生的刚玉纳米颗粒。他们研究了这种催化剂载体的工业应用。他们使用混合了金颗粒的软质氧化铝（γ-氧化铝）作为催化剂，并采用各种分析方法在球磨机中进行了后续处理。结果表明，仅几个小时后，部分γ-氧化铝已转化为刚玉。然而，以这种方式从γ-氧化铝获得的刚玉具有中等的纳米结晶度。但是，通过对此进行系统的研究，他们解释了前驱体勃姆石在球磨机的研磨下发生结构变化形成刚玉纳米颗粒的形成机理。

专门从事新型催化剂开发的Mülheim研究人员现在正在研究如何将纳米刚玉用作各种反应的催化剂材料。由于刚玉非常稳定，并且以纳米颗粒的形式比以前使用的氧化铝形式甚至可以更快地促进某些反应。第一工业公司已经意识到用于合成刚玉纳米颗粒的简单方法。潜在的客户已经表达了兴趣，并且目前正在开发一种生产大量纳米刚玉的方法。