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摘 要

纳米氧化镁材料因其独特的物理化学性质而引起了广泛研究，在环境、建筑、医学等领域具有潜在的应用前景。本文总结了近年来国内外氧化镁的合成方法及其优缺点，主要包括：气相法、固相法、水热法、微波辅助溶剂法、沉淀法、模板法、溶胶-凝胶法、反相微乳法、电纺丝法、醇盐水解法和生物法等。同时，简要综述了纳米氧化镁材料在催化、吸附、除菌、建筑等各领域的应用。

关键词： 纳米氧化镁，合成方法，应用，研究进展

Abstract：MgO nano-materials are widely studied because of their unique physical and chemical properties, and have potential applications in the fields of environment, architecture, medicine and so on. the methods of preparing MgO are summarized in this paper, including gas phase method, solid phase method, hydrothermal method, microwave-assisted solvent method, precipitation method, template method, sol-gel method, inverse microemulsion method, electrospinning method, alcohol-salt solution method and biological method, etc. At the same time, the applications of nanometer MgO in catalysis, adsorption, sterilization and architecture are briefly reviewed.

Keywords：nano-MgO, preparation method, application, research progress

目 录

1 引言 3

2 纳米氧化镁合成方法 3

2.1 气相法 3

2.2 固相法 4

2.2.1 低温固相法 4

2.2.2 高温固相法 5

2.3 液相法 6

2.3.1 水热法 6

2.3.2 微波辅助溶剂热法 7

2.3.3 模板法 7

2.3.4 沉淀法 8

2.3.5 溶胶-凝胶法 9

2.3.6反相微乳法 10

2.3.7 静电纺丝法 10

2.3.8 醇盐水解法 11

2.4 生物法 11

3 合成方法比较 12

4 纳米氧化镁应用 14

4.1催化 14

4.1.1固体碱催化 14

4.1.2 光催化 14

4.2 吸附 14

4.2.1 重金属吸附 15

4.2.2 染料吸附 16

4.2.3 气体吸附 16

4.3 抗菌性 17

4.4 膨胀剂 18

4.5 掺杂剂 18

结 论 20

参考文献 21

致 谢 25

1 引言

纳米材料是指把组成相或晶粒结构的尺寸控制在1~100 nm范围内具有特殊功能的固体材料。在纳米科技的研究领域中，纳米材料的合成是对将来经济和社会发展有着十分重要影响、也是目前最为活跃、最接近应用的组成部分。因为纳米结构单元尺度与物质中许多特征长度，如电子的德布洛意波长、隧穿势垒厚度、超导相干长度相当^[1]，所以纳米材料的物化特性既不同于同组分的微观原子和分子，也不同于宏观物体。

自80年代初德国的Glieter教授首次人工合成出纳米晶体，并提出纳米材料概念以来，世界各国的研究者们先后对这类新材料给予了高度关注。纳米材料也因此被誉为“21世纪的新材料”而得到了全世界的认可和深入研究^[2]。这类新材料把人们认识世界、探索自然、追寻真理的脚步引领到介于微观与宏观物体之间的中间领域^[1]。

氧化镁作为一种典型宽带隙绝缘材料（7.2 eV），是一类很有吸引力的功能金属氧化物，可以实现不同形貌和粒径的可控合成，在多个领域有着广泛应用。而纳米氧化镁除了具备普通氧化镁的物理化学性质及用途以外，由于其颗粒尺度达到纳米数量级，它具备了一系列纳米粒子独特的基本特性，如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，从而使它具备一系列特殊的光、电、磁、力与化学性质，开辟了一系列新的应用领域^[3]。

本文总结了国内外氧化镁的合成方法及其优缺点，主要包括：气相法、固相法、水热法、微波辅助溶剂法、沉淀法、模板法、溶胶-凝胶法、反相微乳法、电纺丝法、醇盐水解法和生物法。同时，简要概括了纳米氧化镁材料在催化、吸附、除菌、建筑、医药等各领域的应用概况。

2 纳米氧化镁合成方法

众所周知，材料结构决定材料性质，性质是结构的外在反映，对材料的使用性能有决定性影响^[4]。而材料合成工艺和过程控制的研究对纳米材料的微观结构和性能具有重要影响。因此，为了获得更多性能优越的纳米氧化镁材料，研究者开发了众多合成方法。

通常，纳米氧化镁是通过煅烧它们的各种前驱体而得到，但是纳米氧化镁的形貌与前驱体往往一致，因此，在纳米氧化镁合成过程的控制研究更多集中在前驱体的合成研究上。本文介绍的纳米氧化镁合成方法分为化学法和生物法，其中化学法按其相态分为气相法、固相法和液相法。

2.1 气相法

气相法主要过程为：高温蒸发金属镁获得镁蒸气，再将镁蒸气氧化、分离得到产物。气相法与其他方法相比，反应过程更加容易控制，产品纯度高、颗粒细微而且团聚少，但是这种方法成本比较高，能耗大容易产生环境污染。除此之外，气相法的流程比较复杂，技术要求高，设备要求也很高，产品也不易收集，从而该方法相关研究文献也较少^[5、6]。

Knozinger等人^[7]用化学气相沉积法（CVD）合成了高比表面积的纳米氧化镁，其表面异质性明显降低。而早在80年代初，日本研究者Watari等人^[8]设计并使用了如图1装置，通过Mg和O₂的气相反应合成了纳米氧化镁粉体。每个氧化镁颗粒都是一个单晶，具有平行矩形或立方形状，粒径在5~400 nm之间。这种方法制得的纳米氧化镁虽然形貌规整，粒径小，纯度高，但粒径分布跨度很大。

图1 用于气相反应的装置^[8]

1：炉(长23cm)，2：炉(长30cm)，3：莫来石管(42mm ID,长100cm)，4：Pt/Pt-Rh(13%)热电偶，5:玻璃视窗，6：收集瓶，7：石墨，8:莫来石管(28mm ID,长60cm )，9:CA热电偶

2.2 固相法

固相法是基于固相化学反应的合成方法。根据固相化学反应发生的温度以100 ℃和600 ℃为两条分界线，从低到高将固相化学反应分为三类，分别为低温固相反应、中温固相反应以及高温固相反应^[9]。

与其他化学方法相比，固相法合成工艺简单，操作简便，可直接得到产率高、晶型良好的产物。因为固相法不需要加入溶剂，可以避免或减少液相中易出现的团聚现象，所以能合成粒径小、分散性好的纳米材料。此外，固相法合成的纳米粒子稳定性好，易于收集。固相法还可以提高和改善纳米材料的性能，拓展纳米材料的应用范围，并有可能实现纳米材料的规模化和产业化^[10]。

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