На 14-й ежегодной международной художественной выставке Peeps® в Художественном музее Расина представлено 142 экспозиции.
Oct 27, 202317 лучших чистящих средств для кухни от грязных поваров
May 02, 20231УП США 2
May 06, 2023Экскурсия по саду Эмпория 2023 назначена на 10 июня
May 25, 2023Ford Mustang Dark Horse 2024 года предлагает опциональный карбон
Oct 28, 2023Высокий
Nature Communications, том 13, номер статьи: 5027 (2022) Цитировать эту статью
3234 Доступа
5 цитат
3 Альтметрика
Подробности о метриках
Наночастицы α-Al2O3 с большой площадью поверхности используются в высокопрочной керамике и стабильных носителях катализаторов. Получение α-Al2O3 путем фазового превращения из γ-Al2O3 затруднено высоким энергетическим барьером активации, который обычно требует длительного высокотемпературного отжига (~1500 К, > 10 ч) и страдает от агрегации. В настоящей работе мы сообщаем о синтезе дегидратированных наночастиц α-Al2O3 (фазовая чистота ~100%, размер частиц ~23 нм, площадь поверхности ~65 м2/г) методом импульсного джоулевого нагрева γ-Al2O3 постоянным током. Фазовое превращение завершается при пониженной объемной температуре и продолжительности (~573 К, < 1 с) через промежуточную фазу δ'-Al2O3. Численное моделирование показывает, что локальный нагрев, вызванный резистивными горячими точками, в процессе импульсного тока обеспечивает быструю трансформацию. Теоретические расчеты показывают, что топотактический переход (от γ- к δ'- к α-Al2O3) обусловлен разницей их поверхностной энергии. Наночастицы α-Al2O3 спекаются в нанозернистую керамику, твердость которой превосходит технический оксид алюминия и приближается к сапфиру.
Наночастицы корунда с большой площадью поверхности (НЧ α-Al2O3) имеют широкое применение. Например, корунд широко используется в керамике для биомедицинских имплантатов1,2 и высокоскоростных режущих инструментов3. Прекурсоры НЧ α-Al2O3 обеспечивают доступ к нанометровой керамике из оксида алюминия со значительно улучшенной вязкостью разрушения4, износостойкостью5 и высокой плотностью при пониженной температуре спекания6. Несмотря на то, что НЧ γ-Al2O3 в основном используются в качестве носителей катализаторов из-за их большой площади поверхности7, α-Al2O3 с большой площадью поверхности может использоваться в качестве каталитического носителя в каталитических конвертерах Pt-Mo-Co с автовыхлопом8 и повышать активность Ru-катализатора. для синтеза аммиака9. Высокая механическая стабильность α-Al2O3 обеспечивает низкие характеристики спекания, что жизненно важно для его использования в реакциях риформинга для получения синтез-газа в жестких условиях10,11.
Много усилий было приложено для улучшения синтеза α-Al2O3, однако очень немногие процессы позволяют получить НЧ с большой площадью поверхности из-за различных внутренних термодинамических ограничений6,12,13. Во-первых, хотя корунд является термодинамически стабильной фазой крупнокристаллического оксида алюминия (Al2O3), синтез нанокристаллического Al2O3 обычно приводит к образованию γ-Al2O3 из-за его более низкой поверхностной энергии, основываясь на предыдущих экспериментальных наблюдениях и теоретических расчетах12,14,15. Вторая причина – высокий энергетический барьер активации ~485 кДж/моль фазового превращения от кубической плотноупакованной структуры γ-фазы к гексагональной плотноупакованной структуре α-фазы, сопровождающийся интенсивным разрывом связей и переделка16. В-третьих, плотность α-Al2O3 (3,99 г см–3)17 выше плотности переходных фаз оксида алюминия (3,6–3,67 г см–3 для γ-, η- и δ-Al2O3)17, что обеспечивает достаточную энергию или высокое давление18 необходимо для процесса повышения плотности от переходного глинозема к α-Al2O3. В результате термические процессы обычно требуют температур > 1470 К с длительным временем отжига от 10 до 20 часов, чтобы облегчить фазовое превращение16,17, что также может привести к вредной агрегации и спеканию фаз оксида алюминия. Высокоэнергетический ввод и продолжительный высокотемпературный отжиг обычно приводят к площади поверхности <10 м2/г из-за существенного массопереноса13. Более того, полиморфизм Al2O3 во время фазового превращения еще больше увеличивает сложность и может привести к образованию смешанного переходного оксида алюминия с нежелательными δ- и θ-Al2O316,19,20.
Фазовое превращение и рост зерна оксида алюминия обычно сосуществуют в любом термическом процессе. Предыдущие кинетические исследования показали, что энергии активации фазового превращения γ- в α-Al2O3 составляют около 200–500 кДж/моль в зависимости от условий образца16,21,22; напротив, энергии активации роста зерен составляют около 500–900 кДж моль–1 в зависимости от ориентации границ зерен23,24,25,26. Это означает, что кинетика фазового превращения, возможно, быстрее, чем рост зерна. Следовательно, основываясь на этих предыдущих результатах, разумно предположить, что быстрый и низкотемпературный термический процесс уменьшит укрупнение зерна и сохранит высокую площадь поверхности во время процесса фазового превращения.