High-temperature resistant ambient pressure-dried aluminum doped silica aerogel from inorganic silicon and aluminum sources

材料科学 煅烧 结晶度 气凝胶 兴奋剂 化学工程 超临界流体 溶胶凝胶 复合材料 催化作用 纳米技术 冶金 有机化学 化学 工程类 光电子学
作者
Jiaqi Yao,Xiangdong Gao,Yongqing Wu,Xiang Zhao,Xiaomin Li
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:48 (11): 15006-15016 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.02.029
摘要

Aluminum doped silica aerogel (ASA) exhibiting improved high-temperature resistance is usually prepared via supercritical drying from organic silicon and/or aluminum precursors, which propels the production cost significantly. Herein we demonstrate a simple and effective method to prepare highly thermal resistant ASA via the sol-gel and ambient pressure drying route by using water glass and aluminum chloride as precursors. Effects of the Al/Si molar ratio in precursor, the calcination temperature and the modifier type on the crystallinity, morphology, pore structure of ASA are investigated. Results show that the Al/Si molar ratio and the calcination temperature have significant effects on the structure and heat resistance performance of ASA at temperature of 600–1000 °C. The sample with Al/Si molar ratio of 0.15 shows the highest specific surface area of 805.9 m2/g and pore volume of 5.038 cm3/g after heated to 600 °C, and retains 179.5 m2/g and 1.295 cm3/g respectively after heated to 1000 °C. Mechanism analysis indicates that, though the actual aluminum content is extremely low (0.18%, wt%), the high-temperature resistance of ASA is greatly improved owing to the effective doping of aluminum in the lattice of SiO2 and the corresponding electrostatic repulsion between neighboring nanoparticles induced by the replacement of Si4+ by Al3+ ions.
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