DOI: 10.1016/j.apmt.2022.101675

氧化铝纳米纤维（Al2O3 NFs）因其在高温过滤器、废水净化、电路基板和催化剂载体等领域的优异性能而受到广泛研究。静电纺丝是制备Al2O3 NFs的最重要策略之一，因为该方法在组件设计和结构调节方面较为灵活，在光学、热学和电子性能方面有其独到之处。本文综述了不同结构电纺Al2O3纳米纤维的合成、表征及应用的最新进展。首先，介绍了无机铝盐、有机铝源、混合铝源和其他铝源的原料分类。接下来，展示了电纺Al2O3 NFs从中空、多孔、分层到三维组装结构的结构调控。此外，还介绍了与电纺Al2O3 NFs在隔热、环境治理、催化和多功能领域的应用相关的性能优化。最后，作者给出了简要结论，并且就电纺Al2O3纳米纤维的未来发展方向进行了展望。综上，本工作有望为电纺Al2O3 NFs的未来发展提供有意义的指导。

图1.电纺Al2O3 NFs的各种原料、结构和应用。

图2.（a）电纺Al2O3 NFs的制备示意图。（b）通过无针静电纺丝制备Al2O3 NFs的工艺方案。（c）8毫米直径电极上一层前体溶液的高速视频截图（2000fps）。（d）Al2O3 NFs的SEM图像。由（e）Al（C4H9O）3和（f）Al（CH3COO）3制备的电纺Al2O3 NFs的SEM图像。（g）XRD图谱。（h）BaTiO3-Al2O3 NFs的SEM图像和相应的TEM图像（插图）。（i）孔隙和裂纹对硼酸铝NFs晶粒尺寸的可能影响机制。（j）900℃烧结的YAG-Al2O3 NF膜的脆性-柔性转变。插图显示光学照片。（k）前体拟薄水铝石NFs的SEM图像和相应的TEM图像。

图3.（a）以P123为模板的Al2O3 NFs中多孔结构的可能形成过程。（b）经600℃退火后前体NFs的TEM图像。（c）多孔Al2O3 NFs的N2吸附-解吸等温线和相应的孔径分布（插图）。（d）煅烧多孔Al2O3 NFs的SEM图像。（e）多孔结构电纺Al2O3 NFs的可能形成机制。（f）850℃煅烧的γ-Al2O3 NFs的TEM图像。（g,h）显示γ-Al2O3 NFs晶格间距的HRTEM图像。（i）经不同温度煅烧的Al2O3 NFs的N2吸附-解吸等温线和BJH孔径分布。

图4.（a）用于制备中空NFs的同轴静电纺丝设备。（b,c）中空NFs的TEM图像。（d）经900℃煅烧后的初纺Al（acac）3/PVP复合NFs的TEM图像。（e）使用一个单喷头形成具有丝瓜状表皮的中空Al2O3 NFs的机理。黄色表示Al（acac）3和Al2O3，而蓝色表示PVP。（f）经1300℃烧结的Al（NO3）3/PAN复合NFs的SEM图像。（g）用仲丁醇铝和二甘醇单乙醚的混合溶剂形成的中空Al2O3 NFs的末端。（h）通过分子层沉积形成的中空Al2O3 NFs的TEM图像。

图5.分层Al2O3 NFs的SEM图像。（a）使用混合溶剂制备的带状纤维。（b）ZIF-67@Al2O3 NFs。（c）MIL-53（Al）-NH2 FMs@Al2O3 NFs。（d）UiO-66@Al2O3 NFs。（e）FS-MIL-53（Al）@Al2O3 NFs。（f）MIL-88B（Fe）@Al2O3 NFs。（g）由纳米片组成的柔性α-Al2O3 NFs。（h）分层电纺Al2O3-La2O3 NFs。（i）层状电纺介孔Al2O3-二氧化钛（TiO2）NFs。

图6.（a）硼酸铝NFA的制备工艺。（b）NFA的照片。（c）SAC NFA的设计和制备过程。（d）SAC NFA（直径16cm）和从大样本上切下的正方形SAC NFA的照片（比例尺：1cm）。右上角的插图是从正方形SAC NFA上剥离下来的微纤维层。右边是一个立方SAC NFA样品的照片（比例尺：1cm）。（e）用于直接制备Al2O3-SiO2 NFA的3D反应静电纺丝图解。（f）Al2O3-SiO2 NFA截面的SEM图像。

图7.（a）具有不同堆叠厚度的一系列MPC-NFs基材料。（b）受限空间下MPC-NFs的隔热性能。（c）MPC-NFs对生物表皮组织的热保护性能。（d）具有嵌入圆柱形结晶区的多相Al2O3-SiO2 NFA样品结构。（e）丁烷喷灯燃烧过程中正面的红外图像和背面随时间变化的红外图像。（f）用于消防服。（g）丁烷喷灯火焰正面的光学照片。插图说明了ZrO2-Al2O3 NFA的优异隔热性能。（h）10分钟加热过程中背面的红外图像。（i）类气凝胶材料室温下的热导率与最高工作温度的关系。

图8.（a）超滤用NF膜示意图。（b）过滤纳米颗粒溶液后膜表面的SEM图像。（c）不同水压下NFM-0和NFM-0.25的纯水通量。（d）γ-Al2O3/α-Fe2O3复合NFs的SEM图像。（e）S1和S3在250℃下对100ppm TEA的动态响应恢复曲线。（f）基于S1和S3的传感器在250℃下对不同气体的响应。（g）Al2O3/bio-TiO2 NFs的SEM图像，（h）接触时间对硝酸盐去除的影响，以及（i）吸附剂用量对硝酸盐去除的影响。

图9.（a）γ-Al2O3 NFs（左）和铂/γ-Al3O3 NFs（右）的SEM和TEM图像。（b）催化反应的动力学常数与煅烧温度的关系。（c）再生铂/γ-Al2O3 NFs催化对硝基苯酚的时间依赖性还原速率，箭头表示添加MPA的时间。（d）800℃煅烧的NiO/γ-Al2O3的SEM图像。（e）RB浓度降低的时间过程，插图是使用TiO2纳米颗粒和NiO/γ-Al2O3 NFs作为光催化剂，在UV照射1小时后，初始浓度和最终浓度RB溶液的外观。（f）NiO/γ-Al2O3 NFs光催化机理示意图。（g）介孔Al2O3-In2O3 NFs的TEM和HRTEM图像。（h）介孔Al2O3-In2O3 NFs传感器和传感器的气体传导过程。（i）室温下介孔Al2O3-In2O3 NFs薄膜传感器对0.97-9.7ppm NOx的气体响应稳定性曲线。

图10.（a）900×300mm2典型样品的照片。（b）样品的SEM图像。（c）PVDF/Al2O3薄膜和商用TiO2涂料的太阳光谱反射率和（d）红外光谱发射率。（e）在UV激发下不同样品的照片，CCAL膜显示出优异的柔性，可轻松切割出“DHU”图案。（f）结合UV LED芯片与CCAL膜的原型LEDs装置的结构图（左）和照片（右）。（g）CCAL膜的电致发光图案和CIE色度图。（h）核壳BaTiO3-Al2O3 NFs的SEM图像。插图为TEM图像。（i）不同体积分数的BaTiO3-Al2O3 NF纳米复合材料的介电击穿强度和能量密度。（j）BaTiO3-Al2O3 NFs的模拟电场分布和电通密度。