王 博，賀辛亥，張 婷，孫萌萌

（西安工程大學(xué) 材料工程學(xué)院，陜西 西安 710048）

0 引 言

自然界生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的進(jìn)化形成了特殊的微觀形貌，使得生物表現(xiàn)出特殊的性能。利用生物模板法復(fù)制獲得具有生物特殊微觀形貌的金屬氧化物，吸附性能和光催化性能優(yōu)異，可作為光催化劑和吸附劑有效降解有機(jī)污染物，吸附有害氣體和金屬離子［1-3］，是治理空氣和水污染等環(huán)境污染的有效途徑，具有廣泛的應(yīng)用前景［4-7］。而金屬氧化物的形貌和結(jié)構(gòu)特征是影響其光催化和吸附性能的關(guān)鍵因素，高性能催化劑和吸附劑的設(shè)計(jì)和制備是其應(yīng)用的關(guān)鍵。樹(shù)葉因其特有的空間結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)光合作用，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為自身生長(zhǎng)所需的化學(xué)能，其空間結(jié)構(gòu)在太陽(yáng)光吸收、能量轉(zhuǎn)化和傳輸過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，從宏觀尺度到納米尺度具有良好進(jìn)化的分層微結(jié)構(gòu)［8］。

近年來(lái)，研究人員以棉花為模板制備具有高表面體積比分級(jí)結(jié)構(gòu)的Al2O3陶瓷纖維［9-10］；KAPLIN等將木屑成功用作生物模板合成出Ce0.8Zr0.2O2和CuOCe0.8Zr0.2O2催化劑［11］；JIANG 等采用紡織技術(shù)和模板法，以苧麻纖維和無(wú)機(jī)聚合物為原料，制備具有織物結(jié)構(gòu)形態(tài)的Al2O3多孔陶瓷［12］；文獻(xiàn)［13-16］以天然植物為原料制備了具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳基復(fù)合材料，應(yīng)用于屏蔽電磁干擾；ERDOGAN等利用三葉草花粉作為初始生物載體表面，合成了TiO2微球?qū)諝夂退兄鴥艋芰Γ?7］；QIAN等通過(guò)硝酸鈰滲透礦化蓮花花粉模板制備多孔CeO2球體，合成的氧化鈰光催化活性較高，并在太陽(yáng)照射下去除亞甲基藍(lán)（MB）的能力顯著［18］；FAN 等以木炭為模板，合成了生物形態(tài)的Al2O3，并進(jìn)一步在生物形態(tài)的Al2O3納米孔中組裝了銀納米顆粒［19］；ZHANG等以纖維素納米纖維為模板劑，成功地合成了具有不同通道性質(zhì)的介孔γ-Al2O3材料及其催化劑，且工業(yè)應(yīng)用前景良好［20］；高小媛以雞毛和棉花等天然纖維為模板，精確復(fù)制了天然纖維微結(jié)構(gòu)的Al2O3等氧化物纖維，并關(guān)聯(lián)分析了其降解甲基橙的光催化性能與溫度、前驅(qū)體濃度和晶化時(shí)間等制備參數(shù)之間的關(guān)系［21］；SHE等以菠菜葉片為生物模板，制備了Au/ZnO 光催化劑，在環(huán)境凈化和太陽(yáng)能發(fā)電能量轉(zhuǎn)換方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值［22］。因此，基于不同生物的精細(xì)微納結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)具有不同特性，適用于不同應(yīng)用需求的多功能材料是新材料設(shè)計(jì)和制備的有效路徑。在工業(yè)生產(chǎn)中，以Al2O3作為金屬氧化物材料比TiO2更易于制備且成本更加低廉，但以樹(shù)葉為生物模板，Al2O3為原材料制備具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的光催化材料的報(bào)道較少。

本文以桂花樹(shù)葉為生物模板，以無(wú)毒、易于制備，成本低廉的Al2O3為金屬氧化物材料，通過(guò)預(yù)處理、浸漬、干燥和焙燒工藝，從宏觀尺度到納米尺度復(fù)制樹(shù)葉的三維精細(xì)分層多孔結(jié)構(gòu)，制備功能性Al2O3。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試劑

新鮮桂花樹(shù)葉（陜西地區(qū)）；氫氧化鈉溶液（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司）；鹽酸（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司）；無(wú)水乙醇溶液（分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司）；去離子水（自制）；MB（分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；九水合硝酸鋁（分析純，天津大茂化學(xué)試劑廠）。

1.1.2 儀器

電子天平（ME204E/02，梅特勒-托利多儀器上海有限公司）；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S，上海力辰邦西儀器科技有限公司）；數(shù)控超聲波清洗器（KQ-100DE，昆山市超聲儀器有限公司）；鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9070A，上海豫康科教設(shè)備有限公司）；馬弗爐（BR-17M，鄭州博納熱窯爐有限公司）；X