氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂、制备方法及其应用。该制备方法先将铜

【技术实现步骤摘要】
氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于固体推进剂
，涉及固体推进剂燃烧催化剂，具体涉及一种氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]复合固体推进剂作为主要的动力源在战术导弹和武器系统中得到了广泛的应用，其综合性能直接影响现代武器系统的毁伤能力、打击精度和生存能力。燃烧性能是固体推进技术的核心，燃速和压强指数是衡量推进剂燃烧性能的两个重要指标。氧化剂是复合固体推进剂的主要能量组分，高氯酸铵是复合固体推进剂中最常用的氧化剂，在复合固体推进剂中的含量超过60wt％，其热分解性能对固体推进剂的燃烧性能具有重要影响。
[0003]使用燃烧催化剂是调节固体推进剂燃烧性能的最佳途径，其主要作用为：(1)改善推进剂的点火性能；(2)根据实际应用需求设计推力方案，调节推进剂燃速；(3)改变推进剂在低压燃烧时的反应速度；(4)提高推进剂的燃烧稳定性；(5)降低推进剂燃速对压力、温度影响的敏感程度。由于纳米燃烧催化剂的粒径小、比表面积大、表面原子多、晶粒的微观结构复杂且存在各种点阵缺陷，因此具有较高的燃烧催化活性，已成为火炸药领域研究的热点之一。
[0004]目前，在推进剂中使用的纳米燃烧催化剂主要包括金属氧化物、惰性有机金属配合物、金属复合物和含能化合物等。其中，纳米氧化亚铜(Cu2O)因其理想的半导体性能、良好的催化性能及毒性低、储量高、成本低等优势而备受关注，其不仅可以促进氧化剂热分解，改进复合推进剂的弹道性能，而且还可以调节固体推进剂的燃速和压力指数。
[0005]近年来，研究工作者在提升纳米氧化亚铜燃烧催化活性方面开展了大量有益探索。Luo等人报道了高氯酸铵与多孔Cu2O混合后，高氯酸铵的低温分解峰温和高温分解峰温分别降低了37℃和71℃。陈亚芍团队研究了立方体、八面体、截面八面体和空心球结构的Cu2O对高氯酸铵热分解反应的催化活性，研究发现Cu2O在高氯酸铵热分解反应中的催化活性与其结构密切相关。唐一文团队研究发现Cu2O在高氯酸铵热分解的不同阶段均表现出形貌依赖的催化活性。
[0006]然而，目前关于提升纳米氧化亚铜燃烧催化活性的研究主要集中在Cu2O的颗粒粒径、形貌、表面结构以及晶面效应等材料表面特性方面，对燃烧催化活性提升效果有限，缺乏对晶体缺陷，特别是氧空位缺陷的影响研究。此外，关于Cu2O结构缺陷对燃烧催化性能的影响还鲜有报道，这限制了固体推进剂燃烧催化剂的催化活性的进一步提高，进而导致难以满足精确调控固体推进剂燃烧性能的技术需求。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的一个目的在于，提供一种氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂及其制备方法，解决现有技术中的氧化亚铜纳米燃烧催化剂的燃烧催化活性进一步提升的技术问题。
[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的另一个目的在于，提供氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂作为燃烧催化剂用于固体推进剂中的应用，解决现有技术中的催化剂难以满足精确调控固体推进剂燃烧性能的技术需求的技术问题。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0010]一种氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法，该方法先将二价铜(Cu
2+
)与有机胺配位，制备铜
‑
胺配合物，然后将铜
‑
胺配合物进行水解后，制得Cu2O1‑
x
前驱体，再将所述的Cu2O1‑
x
前驱体进行真空煅烧后，制得氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂；
[0011]所述的煅烧的条件为：将所述的Cu2O1‑
x
前驱体置于真空环境中，以5～20℃/min的升温速率加热至100～300℃后，在100～300℃的温度下煅烧2～4h，制得氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂。
[0012]本专利技术还具有如下技术特征：
[0013]具体的，所述的铜
‑
胺配合物溶液的制备过程包括：将铜盐加入非质子性极性溶剂中加热至50～90℃，搅拌至铜盐固体完全溶解，制得溶液A，再加入有机胺配体，制得溶液B；溶液B经离心后，所得的上清液即为铜
‑
胺配合物溶液。
[0014]具体的，所述的溶液A中Cu
2+
的终浓度为0.05～0.3mol/L。
[0015]具体的，所述的溶液B中有机胺配体与Cu
2+
的摩尔比为(3～20)：1。
[0016]具体的，所述的有机胺配体为乙二胺、二乙胺、三乙胺或乙胺；所述的铜盐为硫酸铜、氯化铜、醋酸铜或硝酸铜；所述的非质子性极性溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、乙腈、丙腈、丙酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺。
[0017]具体的，所述的Cu2O1‑
x
前驱体的制备过程包括：将所述的铜
‑
胺配合物溶液加热至50～90℃后，再加入预热至相同温度的水，制得混合溶液C；将混合溶液C在50～90℃的条件下静置反应后，再经离心收集沉淀D，沉淀D经冷冻干燥后，制得Cu2O1‑
x
前驱体。
[0018]本专利技术还保护一种氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂，该催化剂采用如上所述的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法制得。
[0019]本专利技术还保护一种如上所述的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法制得的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂作为燃烧催化剂用于固体推进剂中的应用。
[0020]具体的，将所述的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂加入固体推进剂中，制得复合固体推进剂；所述的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的加入量为固体推进剂质量的0.5％～2％。
[0021]具体的，所述的含氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的复合固体推进剂，在4～7MPa的压强区间的燃速为8～11mm/s，在4～15MPa的压强区间的燃速压力指数小于等于0.38，在70W/cm2激光功率密度下的激光点火延迟时间小于等于256ms，在95.4W/cm2激光功率密度下的激光点火延迟时间小于等于131ms。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0023](Ⅰ)本专利技术的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法，通过真空煅烧Cu2O1‑
x
前驱体，增加了Cu2O1‑
x
前驱体中的氧空位缺陷浓度，有效地调节催化剂表面结构及电子结构，促进了反应中间体在催化剂表面的化学吸附，进而提高了氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的燃烧催化活性。
[0024](Ⅱ)本专利技术的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法，所采用的原材料均
价格低廉，容易获得。该制备工艺简单，可控性强，制备条件温和，能耗低，兼具经济性和环保性。
[0025](Ⅲ)本专利技术制备的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂，其微观形貌为粒径分布均匀且分散性良好的球形纳米催化剂，Cu2O1‑
x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，先将铜
‑
胺配合物溶液进行水解后，制得Cu2O1‑
x
前驱体，再将所述的Cu2O1‑
x
前驱体进行煅烧后，制得氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂；所述的煅烧的条件为：将所述的Cu2O1‑
x
前驱体置于真空环境中，以5～20℃/min的升温速率加热至100～300℃后，在100～300℃的温度下煅烧2～4h，制得氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂。2.如权利要求1所述的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，所述的铜
‑
胺配合物溶液的制备过程包括：将铜盐加入非质子性极性溶剂中，加热至50～90℃，搅拌至铜盐固体完全溶解，制得溶液A，再向溶液A中加入有机胺配体，制得溶液B；溶液B经离心后，所得的上清液即为铜
‑
胺配合物溶液。3.如权利要求2所述的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，所述的溶液A中Cu
2+
的终浓度为0.05～0.3mol/L。4.如权利要求2所述的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，所述的溶液B中有机胺配体与Cu
2+
的摩尔比为(3～20)：1。5.如权利要求2所述的氧缺陷态氧化亚铜纳米燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，所述的有机胺配体为乙二胺、二乙胺、三乙胺或乙胺；所述的铜盐为硫酸铜、氯化铜、醋酸铜或硝酸铜；所述的非质子性极...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜一帆，赵凤起，秦钊，鄢海涛，鲍远鹏，韦永峰，张明，李辉，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：