Автор: AZoNano [194591991961992019

В Max-Planck-Institut für Kohlenforschung в Мюльхайме-на-Руре химики определили новый метод синтеза наночастиц в форме корунда с использованием простой механохимии в шаровой мельнице.

Благодаря этому последнему прорыву материалы для зубных имплантатов и автомобильных катализаторов, среди прочего, могут быть изготовлены легче и надежнее, чем когда-либо прежде.

Также известный как альфа-оксид алюминия, корунд является специфически стабильным вариантом оксида алюминия. Наночастицы могут быть использованы, среди прочего, в качестве сырья для конкретно твердой керамики или в качестве стойкого материала-носителя в автомобильных катализаторах. Используя процесс Мюльхайма, первая промышленная фирма уже работает над коммерческим производством нанокорунда.

Корунд, в его наиболее ценных вариантах, создает сапфиры и рубины в результате следов титана, железа или хрома. Ученые-материалисты, однако, не слишком заинтересованы в этом как в драгоценном камне.

По твердости корунд может почти конкурировать с алмазом, а также обладает отличной стойкостью к химическим веществам и теплу. Поэтому он используется для режущих инструментов, для керамических имплантатов в стоматологии и протезировании, а также для катализа.

Если керамика изготовлена ​​из наночастиц корунда, их можно сделать намного прочнее. Такой производственный процесс также потребует минимальной энергии. Кроме того, наночастицы корунда могут упростить конструирование автомобильных катализаторов, каталитически активные компоненты которых впоследствии станут более стабильными. До настоящего времени автомобильный сектор использовал менее стабильную форму глинозема в сложном процессе.

Наночастицы корунда сделают некоторые реакции более эффективными

Форма наночастиц корунда очень привлекательна для химического сектора.

Имеются сообщения о том, что катализаторы с материалом носителя из корунда работают более эффективно для производства аммиака. В других каталитических процессах, таких как производство синтетического топлива, может быть необходима более высокая стабильность .

Ферди Шют, директор, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

Следовательно, корунд в форме наночастиц может быть использован во многих будущих применениях, поскольку теперь к нему можно легко получить доступ с помощью простой механохимической процедуры, открытой химиками Мюльхайма-на-Майне.

Исследователи могут теперь получить порошок наночастиц корунда. Этот порошок получают путем простого измельчения комков бемита в шаровой мельнице в течение трех часов и последующего их короткого нагревания. Бемит – это оксигидроксид алюминия, содержащийся в бокситовой руде, который встречается в природе.

К настоящему времени химики синтезировали корунд только из других гидроксидов или оксидов алюминия, создавая давление в исходных материалах при более мягких температурах 500 ° C в течение нескольких недель или обжига их при температурах выше 1200 ° C. Однако после высокотемпературной обработки вместо необходимых наночастиц образовались более крупные кристаллы.

« Мы случайно обнаружили, что наночастицы корунда производятся в шаровой мельнице », – добавил Ферди Шют.

Исследовательская группа Ферди Шюта проанализировала, действительно ли каталитическая реакция в такой шаровой мельнице работает лучше, поскольку катализатору неизменно дают свежую поверхность, где могут встречаться реагенты.

Исследователи применили мягкий глинозем, или гамма-глинозем, в сочетании с частицами золота в качестве катализатора, и отслеживали процесс в шаровой мельнице с помощью многочисленных аналитических методов. Через несколько часов было продемонстрировано, что часть мягкого глинозема превратилась в корунд. Но корунд, полученный таким способом из мягкого оксида алюминия, имел умеренную нанокристалличность.

Но это повысило наши ожидания, и мы затем систематически исследовали это и протестировали несколько вариантов гидроксидов алюминия и оксида алюминия в качестве исходных материалов. В конце концов, мы определили бемит как особенно интересный предшественник из-за его структурной воды .

Амол Амруте, ведущий научный сотрудник, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

Потенциальные клиенты проявили интерес

В настоящее время химики могут объяснить, почему такой незначительный процесс, как измельчение, открывает путь для минерала, который может быть реализован только в агрессивных условиях и определенно не в форме наночастиц.

Удары, испытываемые бемитом-прекурсором в шаровой мельнице, дают точную механическую энергию, необходимую для преобразования структуры бемита в корунд, что является довольно сложным процессом.

Ученые Мюльхайма, которые являются экспертами в области разработки новых катализаторов, в настоящее время изучают, как форма наночастиц корунда используется в качестве материала катализатора в многочисленных реакциях, например, при разработке синтетического топлива.

Мы не обязательно ожидаем совершенно другого поведения реакции.

Ферди Шют, директор, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

Поскольку корунд является относительно более стабильным, этот оксид алюминия в форме наночастиц может ускорять определенные реакции намного больше, чем ранее использованные формы оксида алюминия.

Первые промышленные фирмы знали о простой технологии, используемой для производства наночастиц корунда. Потенциальные клиенты уже проявили свой интерес, и в настоящее время создается процесс для синтеза больших количеств наночастиц корунда.

Источник: https://www.mpg.de/