绿色合成氧化铝纳米颗粒及其在提升燃料氧化稳定性中的应用研究

研究人员针对传统燃料添加剂环境污染问题，采用Calliandra calothyrsus叶提取物（CLE）绿色合成Al2O3纳米颗粒，通过调控煅烧温度（600-800°C）获得不同晶相（非晶/γ相）材料。研究发现600°C煅烧的棒状非晶Al2O3具有最大平均孔径（87.31?），可使含10%乙醇的汽油模型燃料氧化稳定性值提升至1178.7分钟，为清洁能源开发提供新策略。

　　

随着全球对化石燃料依赖导致的空气污染日益严重，寻找既能提升燃料性能又环境友好的解决方案成为当务之急。传统汽油燃烧产生的CO、NO_x等污染物持续威胁生态环境，而乙醇混合燃料虽能降低排放却存在氧化稳定性差、热值降低等问题。更棘手的是，常规金属氧化物纳米颗粒合成方法往往使用有毒化学试剂，与环境友好的初衷背道而驰。

针对这一系列挑战，来自印度尼西亚茂物农业大学（IPB University）的研究团队独辟蹊径，利用当地丰富的Calliandra calothyrsus植物叶片提取物（CLE），开发出绿色合成Al₂O₃纳米颗粒的一步法工艺。这项发表在《Results in Surfaces and Interfaces》的研究，首次将植物源性氧化铝应用于燃料氧化稳定性提升领域，为解决能源与环境交叉难题提供了创新思路。

研究团队采用三步关键技术：通过甲醇提取和液-液分离获得CLE活性成分；以CLE为生物模板与硝酸铝溶液在80°C共热形成胶体；最后在不同温度（600-800°C）煅烧获得Al₂O₃材料。通过FTIR、XRD、BET比表面积分析、SEM-EDS和TEM等多维表征手段，系统研究了材料特性与燃料性能的构效关系。

FTIR光谱分析
CLE中的生物碱和皂苷被证实具有双重功能：既作为弱碱源水解铝前驱体，又作为封端剂防止颗粒团聚。600°C煅烧样品在811 cm^-1处的宽泛Al-O振动峰证实了非晶态结构形成，而高温样品则出现γ-Al₂O₃特征峰。

XRD图谱分析
600°C样品呈现典型非晶弥散峰，700°C及以上温度处理的样品显示γ-Al₂O₃晶相（2θ=36.9°、62.2°对应111和311晶面），平均晶粒尺寸8.54 nm。这种温度依赖的晶相转变为后续性能差异埋下伏笔。

BET与孔径分析
出人意料的是，尽管800°C样品比表面积最大（82.54 m²/g），但600°C样品凭借87.31?的大孔径和IV型吸附等温线特性，在燃料测试中表现更优。这表明孔径尺寸而非单纯比表面积成为影响氧化稳定性的关键因素。

形貌与元素分析
SEM显示600°C样品形成独特的棒-片杂化形貌（平均粒径43.31 nm），而高温样品则呈现团聚态。TEM证实实际为300-700 nm的聚集体，SAED图谱直观展示从非晶晕环到γ相衍射斑点的转变过程。

燃料氧化稳定性测试
在含10%乙醇的95 RON（研究法辛烷值）模型汽油中，50 ppm剂量的Al₂O₃_600使氧化稳定性值从纯汽油的1240.07分钟（降至混合燃料的1103.88分钟后）回升至1178.7分钟。研究人员提出机制假设：大孔径Al₂O₃通过锚定乙醇的-OH基团，既抑制水分吸收又提供催化氧源，形成保护层延缓燃料氧化。

这项研究的意义在于三方面突破：首先建立植物提取物绿色合成Al₂O₃的标准化流程；其次揭示非晶态棒状形貌与大孔径的协同增效作用；最重要的是开创纳米材料提升含氧燃料稳定性的新应用方向。尽管仍需实际发动机验证，但该方法为开发"双碳"目标下的新一代燃料添加剂提供了重要参考，彰显生物模板法在能源材料领域的巨大潜力。