中國粉體網(wǎng)訊  無機金屬氧化物空心微球具備高比表面積、高承載/容納能力、相對密度適中、化學惰性、氧空位、半導體特性和熱穩(wěn)定性好高機械性能等特性而被廣泛研究。

不同成分的金屬氧化物微球有不同的制備方法，常用的制備方法有噴霧干燥法、水/溶劑熱法、溶膠-凝膠法和模板法等。

噴霧干燥法

噴霧干燥技術(shù)一共包括三種子方法：噴霧干燥法、噴霧熱解法和火焰噴霧熱解法。該方法先將前驅(qū)物配制成溶液或者膠體，并將其通過高速噴嘴分散成霧化的液滴。然后，將霧化的液滴與高溫空氣接觸，通過充分的傳熱與傳質(zhì)，在表面張力的作用下形成微球。

與傳統(tǒng)的“濕化學”方法相比，噴霧干燥法具有以下優(yōu)點：①試劑用量少、副產(chǎn)物也少；②可精確控制溶劑的快速蒸發(fā)和溶質(zhì)的分解，有助于形成多孔和空心結(jié)構(gòu)；③制備過程簡單、步驟少、對設備要求低，可以按比例放大進行批量生產(chǎn)；④作為一種連續(xù)合成技術(shù)，對材料特性（化學計量比，相組成，粒徑，比表面積）比傳統(tǒng)的合成技術(shù)（溶膠-凝膠和水熱技術(shù)）要方便得多。因此，噴霧干燥法非常適合制備納/微米級球形氧化物材料。

水/溶劑熱法

水/溶劑熱是一種可控制備無機納米材料的方法。水/溶劑熱法是指：一種在密封壓力容器中，以水作為溶劑、粉體經(jīng)過溶解和再結(jié)晶的過程制備納米材料的方法。對水/溶劑熱法條件的控制是精確調(diào)控無機納米材料的關(guān)鍵。水熱法制備納米材料的主要條件包括：pH、反應時間、壓力、有機添加劑和模板等。在水熱過程中，納米級微晶會自組裝為更復雜的結(jié)構(gòu)，以便于獲得最低的表面能。

實際上，幾乎所有基于Ostwald熟化或Kirkendall效應所形成的空心微球都是通過水/溶劑熱法實現(xiàn)的。Ostwald熟化是一種在固/液相中使材料重結(jié)晶的現(xiàn)象，根據(jù)國際純粹與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）的定義，Ostwald熟化是指“從較小尺寸晶體溶解并再沉積生長出具有更大溶解度的晶體”。

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是基于無機聚合反應制備微球的一種通用方法。該方法通過控制有機-無機混合界面來賦予所制備材料獨特的物理化學性質(zhì)。具體來說是通過烷氧基的水解或配位水分子的去質(zhì)子化，以獲得反應性羥基低聚物，并通過縮聚過程生成具有金屬氧代骨架的核以及反應性殘留羥基和烷氧基的聚合物，并經(jīng)過干燥和熱處理以制備納米材料的一種方法。

溶膠-凝膠法通常需要前體分子水解，以形成顆粒懸浮液。前體通常是金屬有機化合物，例如醇鹽M（OR）n（M=Si，Ti，Zr，Al等；OR=OCnH2n+1）或部分金屬鹽；其中金屬鹽主要包括氯化物，硫酸鹽以及硝酸鹽。該方法的優(yōu)點是①使用無毒的前體和溶劑（例如二氧化硅和水性溶劑）；②反應步驟少；③在室溫下合成，易于大規(guī)模的生產(chǎn)。

模板法

模板法是制備空心微球的最常用方法，在這種方法中，通常至少有兩個必不可少的步驟。首先，必須對模板進行修飾，使其具備將無機前體（金屬鹽或醇鹽）吸引到模板表面的能力。然后，通過焙燒或化學蝕刻的手段去除模板形成空心結(jié)構(gòu)，但是去除模板的操作往往是復雜且耗能的過程。

通常，空心微球的制備方法分為硬或軟模板法兩類。SiO₂微球、聚苯乙烯球、碳質(zhì)微球等因為其分散性較好、球形粒徑可控和無毒等優(yōu)點常被用作硬模板。細菌和囊泡因為容易被去除而常被用作軟模板。然而，由于軟模板的可變形性，所制備的空心納米粒子的均一性和單分散性通常都較差。在水熱碳球中吸附金屬離子，然后焙燒去除碳球制備金屬氧化物空心微球的方法已被廣泛報道。

除硬模板法外，軟模板法也常用來制備氧化物空心微球，常用的軟模板包括乳液、膠束聚合物和表面活性劑等。乳液是指某種液體以液珠的形式分散在與它不相混溶的另一種液體中所形成的分散體系。表面活性劑在多孔材料合成中起模板的作用。這些表面活性劑分子在結(jié)構(gòu)上既具有疏水性（非極性）部分又具有親水性（極性）部分。

資料來源：

周金鵬：擬薄水鋁石基微球的水熱制備及其吸附和加氫性能增強，武漢理工大學

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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