一种高氯酸铵热分解催化材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高氯酸铵热分解催化材料的制备方法和其在在催化高氯酸铵热分解中的应用。制备方法为：将Co(NO

【技术实现步骤摘要】
一种高氯酸铵热分解催化材料的制备方法和应用
本专利技术涉及一种高氯酸铵热分解催化材料的制备方法和应用，属于纳米材料制备及含能材料

技术介绍
纳米材料由于具有大的比表面积，高的表面活性等特殊性能，广泛应用于催化领域，如光电催化，生物催化和有机反应等。近年来，越来越多的研究报道将纳米材料用作固体推进剂的燃烧催化剂。高氯酸铵(AP)是复合固体火箭推进剂中广泛使用的氧化剂和高能成分，它在推进剂中占有的比重很大，可达65％～90％。AP的热分解性能直接影响着固体推进剂的总体燃烧性能。因此，研究AP的热分解行为可以对推进剂的燃烧性能进行预测，并能对推进剂燃烧行为的改善提供理论指导，具有十分重要的意义。迄今为止，单一金属或金属氧化物作为燃烧催化剂已有大量的研究报道，如Al、Cu、Ni、Zn、Fe2O3、CuO、CoO、NiO、MgO、ZnO、TiO2、MnO2、Cr2O3、Bi2O3、Nd2O3等。近年来，纳米复合金属氧化物逐渐成为研究的热点，因为它既可发挥多种金属氧化物各自的性能，又能发挥多种金属之间的协同作用，在光电材料、磁性材料等众多催化领域较单一金属氧化物表现出更加优异的催化性能。钴酸盐类金属氧化物(MCo2O4，M＝Mg，Cu，Zn等)已被证明具有良好的电催化活性，在过渡金属中，Cu和Co由于含量丰富、价格低廉、无毒无害、热稳定性和化学稳定性优异等特点，已被广泛应用于各种材料中。其中，在燃烧催化剂领域，CuCo2O4作为催化剂的催化行为受到越来越多的关注。而AP热分解催化材料的催化性能不仅受成分的影响，同时在很大程度上也取决于催化材料的结构和形貌特征。有鉴于此，如何制备一种高比表面积、催化性能优异的双金属CuCo2O4材料用于催化高氯酸铵热分解成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有CuCo2O4催化剂对AP热分解催化性能较差的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高氯酸铵热分解催化材料的制备方法，其特征在于，将Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·6H2O和尿素溶解在聚乙二醇中形成透明粉红色溶液，然后将该溶液转移到含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，并在160℃～220℃下反应10～24小时，通过溶剂热法制备用于高氯酸铵热分解的纳米花状结构CuCo2O4催化材料。优选地，所述Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·6H2O、尿素与聚乙二醇的摩尔比2：1：(12～24)：(0.2～2)。优选地，所述聚乙二醇为聚乙二醇200，聚乙二醇300和聚乙二醇400中的至少一种。本专利技术还提供了上述高氯酸铵热分解催化材料及其制备方法制得的高氯酸铵热分解催化材料在催化高氯酸铵热分解中的应用。本专利技术通过优化工艺路线，降低成本，提供了一种简单、实用的方法制备双金属CuCo2O4纳米材料，在本领域具有重要科学价值和发展前景。聚乙二醇相比水具有更大的粘度，能够限制纳米晶的生长，通过调整体系粘度可以控制形貌和尺寸，得到3D层级多孔的纳米花结构，有效增大了材料的比表面积，提供了多通道的离子传输通道，促进了AP燃烧中间过程的反应。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术制备的纳米花状结构CuCo2O4材料，有效增大了材料的比表面积，提供了多通道的离子传输通道，促进了AP燃烧中间过程的反应。2.本专利技术制备的CuCo2O4二元金属氧化物中多种成分互相掺杂、引起晶格畸变，导致晶粒中存在更多的缺陷，增加了催化活性位点，比单一金属氧化物材料具有更高的催化活性。3.本专利技术制备得到的纳米花状结构CuCo2O4材料具有高比表面积、高表面活性、高吸附性等优点，用于AP的热分解可有降低其热分解温度。4.本专利技术工艺简单，反应条件温和且易于控制，具有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1制备的纳米花状结构CuCo2O4的XRD图谱；图2为实施例1制备的纳米花状结构CuCo2O4的SEM图；图3为实施例1制备的纳米花状结构CuCo2O4的TEM图；图4为实施例1、实施例2和实施例3所制备的制备的纳米花状结构CuCo2O4材料催化AP热分解的DSC曲线图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例1将4mmolCo(NO3)2·6H2O，2mmolCu(NO3)2·6H2O和12mmol尿素溶解在50mL聚乙二醇200(PEG-200)中形成透明粉红色溶液，然后将上述混合物溶液转移到含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，并在180℃下反应12小时。自然冷却至室温后，过滤得到的固体，用去离子水和乙醇充分洗涤三次，并在60℃烘箱中干燥，得到纳米花状CuCo2O4产物。图1为实施例1制备的纳米花状结构CuCo2O4材料的XRD物相分析，从图1中可以看出，CuCo2O4样品中所有的衍射峰和相对应的衍射晶面均与尖晶石结构CuCo2O4的标准数据(JCPDSCardNo.01-1155)一致。图谱中没有显示其他的任何杂质峰，表明所制得的产物为具有纯相的二元金属氧化物CuCo2O4。图2和图3分别为本专利技术实施例1制备的纳米花状结构CuCo2O4材料的SEM和TEM图，从图2中可以看到，纳米花状的CuCo2O4样品的直径大约为5μm，并且具有层级多孔结构，这一结构为含能组分热分解提供了更多可参与反应的活性位点，有利于催化AP热分解。从图3中可以清楚看到，CuCo2O4样品具有直径为4～5μm的分层多孔花状结构，并且CuCo2O4呈现出由许多尺寸为几十纳米的多孔纳米棒结构，纳米棒组成纳米片结构，再组装成“菊花”状的微结构，多孔结构为离子传输提供了丰富的传输路径。实施例2将4mmolCo(NO3)2·6H2O，2mmolCu(NO3)2·6H2O和12mmol尿素溶解在50mL聚乙二醇200(PEG-200)中形成透明粉红色溶液，然后将上述混合物溶液转移到含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，并在200℃下反应12小时。自然冷却至室温后，过滤得到的固体，用去离子水和乙醇充分洗涤三次，并在60℃烘箱中干燥，得到纳米花状CuCo2O4产物。实施例3将4mmolCo(NO3)2·6H2O，2mmolCu(NO3)2·6H2O和12mmol尿素溶解在50mL聚乙二醇200(PEG-200)中形成透明粉红色溶液，然后将上述混合物溶液转移到含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，并在160℃下反应12小时。自然冷却至室温后，过滤得到的固体，用去离子水和乙醇充分洗涤三次，并在60℃烘箱中干燥，得到纳米花状CuCo2O4产物。实施例4将4mmolCo(NO3)2·6H2O，2mmolCu(NO3)2·6H2O和12mmol尿素溶解在50mL聚乙二醇300(PEG-300)中形成透明粉红色溶液，然后将上述混合物溶液转移到含有聚四氟乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高氯酸铵热分解催化材料的制备方法，其特征在于，将Co(NO

【技术特征摘要】
1.一种高氯酸铵热分解催化材料的制备方法，其特征在于，将Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·6H2O和尿素溶解在聚乙二醇中形成透明粉红色溶液，然后将该溶液转移到含有聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，并在160℃～220℃下反应10～24小时，通过溶剂热法制备用于高氯酸铵热分解的纳米花状结构CuCo2O4催化材料。


2.如权利要求1所述的高氯酸铵热分解催化材料的制备方法，其特征在于，所述C...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小威，李桂华，常圣泉，姜夏冰，贾润萍，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31