晶体具有形态单一和结构稳定的特点，适用羟基聚合铝形态的结构分析。羟基铝聚合形态在结晶体中可长期保持稳定，因此其晶体的制备鉴定对于研究铝盐形态具有十分重要的意义。然而，特定形态的聚合铝晶体难以制备，这限制了采用晶体对聚合铝形态转化机理的研究。此外，以往研究大多关注聚合铝晶体自身结构的解析，而对其溶液形态与晶体形态的对应性问题关注较少，且现有
研究对晶体形态与溶液形态是否一致尚存在争议。因此，研究结晶过程中溶液形态的变化规律，将会有利于对这些问题的进一步阐述。
羟基聚合铝单晶形态单一稳定，通过单晶衍射鉴定后具有较高的可信度，是当前形态结构研究的有力证据之一，但晶体的制备具有高度的不确定性，目前可制备的晶体结构只有极少数。其中，Al2的硫酸盐结晶可通过将铝箔溶解于一定量的浓硫酸中，放置自然蒸发，浓缩后可得到。Al8硫酸盐结晶(twin crystal)是按照Al2的制备方法，在形成Al2硫酸盐结晶的同时形成的。Mogel-Al13和Keggin-Al13作为两种典型的聚合氯化铝，其不同形态的晶体均可从羟基聚合铝母液制得，但不同晶体结晶母液的制备和结晶条件均存在差异。
整体上，羟基铝结晶前的溶液是一个多分散体系，其形态分布高度多样化，若综合考虑铝形态结晶过程中的所有形态转化将十分复杂。此外，结晶还受到溶液pH、碱度、温度、浓度，甚至振动等多种因素影响，聚合氯化铝单晶体的制备具有一定的偶然性，操作可重复性较差。
Mogel-Al13结晶溶液的制备
实验采用的装置如图4-1所示。在定温下，称取一定量的AlCl3·6H2O溶解，用容量瓶定容后转移至三颈烧瓶中。将三颈烧瓶置于水浴中，升高至指定温度后开启搅拌装置。搅拌速度设为350r/min，称量一定量的铝粉(纯度99%，国药试剂)分多次加入三颈烧瓶中。每次加入适量，当铝粉全部添加至三颈烧瓶后，保温反应24h至溶液中不再产生气泡。将溶液自然冷却至室温，再用0.15μm的混合纤维膜过滤。制备好的样品置于高密度聚乙烯塑料瓶中于4℃冷藏保存。此溶液称为“结晶溶液”，作为后续浓缩结晶实验的母液。
金属酸溶法的机理实际是通过金属铝与溶液中的H+反应来提高碱度。由于1mol的金属铝可消耗溶液中3mol H+，每摩尔的金属铝可当量于3mol的OH-，因此，样品的碱化度可通过下式计算：B=3n(Al粉)/[n(Al粉)+n(AlCl3)]
式中，B为样品碱化度；n(Al粉)为铝粉中的铝摩尔数；n(AlCl3)为氯化铝的摩尔数。
取上述羟基聚合铝溶液置于烧杯中，并在(45±1)℃的恒温水浴中控制蒸发速度浓缩结晶。蒸发时间应视溶液中晶体析出状态确定，当析出大量白色或黄色固体时，应停止蒸发并迅速保温抽滤。将过滤的固体重新悬浮分散于有20mL乙醇-丙酮溶剂(体积比为1:4，下同)中，搅拌5- 10min，以清洗结晶中的AlCl3·6H2O成分。重复此操作2-3次，即可制得纯化的M-Al13晶体。
Mogel-Al13的生成机理
Mogel-Al13(M-Al13)的中心为一个AlO6八面体，围绕着中心排列着六个AlO6八面体，这六个AlO6八面体之间以及它们与中心AlO6八面体之间均是采用共边的连接方式。最外围的六个AlO6八面体与内圈的AlO6八面体以共角的方式连接。现有研究中，有文献已报道了有两个典型M-Al13结构的有机羟基聚合铝：Al13(heidi)3+和Al15(hpdta)，纯无机M-Al13可以通过上述AlCl3·6H2O的热水解反应生成。
M-Al13的平面七元环晶体形态的发现仅有数十年的历史，其结晶溶液条件与K-Al13的条件有较大差别。因此，对M-Al13生成机理的研究是对羟基聚合铝形态转化规律的良好补充。但目前研究多关注于M-Al13晶体的结构表征、母液溶液条件和有机物对结晶的影响等，对M-Al13的溶液转化机理的研究较少。
综合文献资料，不同研究者提出的几种典型机理综述如下：
M-Al13的发现者Seichter等提出了低聚态缩合生成机理。他们认为溶液中的低聚态Al2和Al1缩合生成一个Al3，然后Al3与另外两个Al2缩合，生成七元环结构Al7，Al7的外围结构再与六个AlO6一元聚合生成M-Al13。
Goodwin等在水解Ga体系中获得了Mogel-Ga13，结构如图4-2所示。他们根据结晶过程中的晶体形态变化也提出了一种Mogel平面形态的生成机理(图4-3)。在有机配位键H3heidi和py与Ga(NO3)3共存的溶液中，他们先后观察到Ga(heidi)(H2O)2和Ga3(heidi)4(OH)10(H2O)4(py)2^2+晶体的生成和再溶解，通过更长时间的陈化，溶液中最终生成Gai3(heidi)6(OH)18(H2O)6^3+。因此，他们认为单体Ga1和聚合Ga8是Mogel-Ga13不可缺少的前驱物。
虽然此机理综合了晶体结构和溶液结构的依据，但由于有机配体结合提高了铝聚合物的溶液稳定性，而该机理未能阐明是否同样适用于无机体系，对于其适用范围仍有疑问。Gerasko等进一步对有机配体在结晶过程中的作用进行了解释，他们认为这些有机配体并不进入晶核的第一配位层，而是通过氢键结合将晶体包裹起来。有机配体置换了OH和H2O晶体，抑制了高聚合物的解体，保护了脆弱的晶核。
对M-Al13的结构进行了研究，并提出一种六元环补心生成机理，如下列反应式所示：
2Al(H2O)6^3+ 一(去质子化，聚合)→Al2(OH)2(H2O)8^4+ +2H3O+
3Al(OH)2(H2O)8^4+ 一(去质子化，成环)→Al6(OH)12(H2O)12^6+ +6H3O+
Al(H2O)6^3+ +Al6(OH)12(H2O)12^6+ 一(脱水，核心填充)→Al7(OH)12(H2O)12^9+ +6H2O
6Al(H2O)6^3+ +Al7(OH)12(H2O)12^9+ 一(去质子，结晶)→Al13(OH)24(H2O)24^15+ +12H3O+
他们根据M-Al13的结构推测M-Al13可能是一种不稳定结构，其中心六元环与嵌入的核心AlO6结合力不强，且外围通过对角结合的AlO6也是不稳定结构，因此M-Al13在溶液中可能发生分解反应并通过翻转和去核进入六元环水解模式。
总的来说，M-Al13类非中空的“七元环”结构只在少数晶体中被发现，其生成机理的基本理论构架仍是传统“核链六元环”。这些生成机理所包含的中间产物尚属于科学的猜测，缺乏有力、直接的实验证据支持。
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