碳酸镁循环模板溶度积驱动制备氧化铝等金属氧化物空心微球及其性能

Metal oxide hollow microspheres such as alumina microsphere have attracted much attention owing to their unique functions in medical therapy, insulation, catalysis, battery and so on.The template method is considered as the most effective way for these hollow microstructures. Aimed at solving the problems such as versatility and recyclability of tempaltes, this project proposed a recylcable magnesium carbonate template family, which could template almost all of the metal oxides into microhollow structures via ion exchange between Mg2+ and given metal ions, except alkimetal oxides, based on the relatively large solubility product of magnesium carbonates.In particular, for obtaining hollow alumina microsphere,surface passivation and crystallization of the template were used to solve the stability of the basic template in the acidic aluminum salts solutions; the detail work will focus on investigation of stability dependence mechanism of magnesium carbonate template in aluminum salt, the precipitation behavior of Al3+ and ion diffusion dependence, structural control and relative relations, sintering performance, transparency and specific surface of aluminum hollow structure. This study provides some fundamentals to the ion exchange of the indissoluble metal hydroxides, and brings significance for synthesis of alumina metal oxide hollow structures etc.

氧化铝等金属氧化物空心微球在医学治疗、绝热保温、催化和电池等方面展现的特殊功能使其合成研究受到高度关注。模板法被认为是最有效的方法，但目前存在模板通用性和循环性差等问题。本项目基于碳酸镁相对大的溶度积特征和可再生性，提出以碳酸镁为循环模板经离子交换获得除碱金属外几乎所有金属氧化物空心结构的思路。具体以氧化铝空心微球为目标，针对碱性碳酸镁模板在酸性铝盐溶液中稳定性问题，采取模板表面钝化和晶化方法达到动力学稳定；研究碳酸镁模板在铝盐溶液中稳定性控制规律、Al3+在含模板溶液体系中沉积行为及与离子扩散速率之间关系、氢氧化铝空心微球织构控制与依赖关系、及其对烧结性能、透光性和比表面影响关系等；揭示碳酸镁模板离子交换制备氧化铝空心微球的控制机理，为其它金属氧化物空心微球或空心结构制备提供理论依据和新思路；为发展难溶金属氢氧化物离子交换理论提供依据；对氧化铝等金属氧化物空心微球规模制备具有指导意义。

氧化铝等金属氧化物空心微球在医学治疗、绝热保温、催化和电池等方面展现的特殊功能使其合成研究受到高度关注。模板法被认为是最有效的方法，但目前存在模板通用性和循环性差等问题。本项目基于碳酸镁相对大的溶度积特征和可再生性，提出以碳酸镁为循环模板经离子交换获得除碱金属外几乎所有金属氧化物空心结构的思路。具体以氧化铝空心微球为目标，针对碱性碳酸镁模板在酸性铝盐溶液中稳定性问题，采取模板表面钝化和晶化方法达到动力学稳定；研究碳酸镁模板在铝盐溶液中稳定性控制规律、Al3+在含模板溶液体系中沉积行为及与离子扩散速率之间关系、氢氧化铝空心微球结构控制与依赖关系、及其对应用性能的影响关系等；研究发现，通过改变溶剂极性、铝盐浓度和钝化层，可以获得空心氧化铝，并调控期形貌与表面结构。在此研究的基础上，本项目还将碳酸镁模板用于其他微纳结构材料合成，制备出了多级结构氧化镁，多级结构MgO-MgFe2O4，多级结构MgAl2O4，核壳结构Ag/SiO2和核壳结构Ag/TiO2等一系列材料，这些材料表现出优异的吸附性能，催化和灭菌性能。本项目提出的溶度积驱动的碳酸镁模板制备空心材料，为空心材料的制备与规模合成提供了新思路和途径，进而丰富了无机材料制备的理论。