三价离子交换后的镁铝榴石：伴随自发纳米粒子形成的结构和纹理变化

魔芋石与三价金属离子（Fe3?、In3?、Al3?）的离子交换反应导致层状结构破坏并生成H型结构，同时形成均匀纳米颗粒和层间微孔，显著提升比表面积，为催化和环境应用提供新材料基础。

　　

尽管对镁铝矿（magadiite）与金属阳离子的离子交换及其相关吸附机制的了解有限，但这类研究仍然得到了广泛开展。本研究成功描述了Na⁺-镁铝矿与三价金属阳离子（M³⁺ = Fe、In、Al）之间的可能吸附反应，以及其结构和织构变化。Na⁺与M³⁺的离子交换导致层状结构的破坏，最终形成H型结构，这表明随后发生了与吸附的M³⁺的进一步反应。通过观察层状结构的变形、热稳定性以及层间微孔的形成（从而增加了比表面积），进一步证实了M³⁺在层间的成功接枝。所有M³⁺-镁铝矿均表现为均匀的球形纳米颗粒，其大小和数量取决于溶液中M³⁺的类型和浓度。本研究首次全面解释了M³⁺（Fe³⁺、In³⁺、Al³⁺）与镁铝矿之间的离子交换和配位行为，详细阐述了由此产生的结构变形、纳米颗粒的形成及层间接枝过程，并对其在催化和环境应用中的潜力进行了探讨。与二价离子交换相比，三价离子交换在镁铝矿中引起的结构变化更为显著，表现为框架结构的破坏、H型结构的形成以及M³⁺的接枝。这些独特效应凸显了三价离子交换后镁铝矿的优异可调性，进一步强调了其在吸附、分离和催化等高级应用中的潜力。镁铝矿在与M³⁺发生离子交换反应后，其结构和织构性质的显著变化为纳米材料的制备提供了新的见解，这些纳米材料可应用于催化、环境修复等相关领域。