[发明专利]一种纳米稀土金属氧化物/碳纳米管复合催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高能固体火箭推进剂领域，具体涉及一种高效纳米稀土金属氧化物/碳纳米管复合催化剂的制备方法。

背景技术

固体推进剂是火箭发动机的动力源用材料，在导弹和航天技术发展中起着重要的作用。高氯酸铵(AP)是复合固体推进剂中常用的高能组分，推进剂的燃烧特性与其热分解特性密切相关。以纳米催化剂调节推进剂燃烧性能已成为研究热点。其中，纳米稀土金属氧化物因其对AP热分解优良的催化性能，在国内外备受关注。

纳米稀土金属氧化物如Re₂O₃ (Re=Y、Nd、Sm)是较好的催化材料，但由于其表面能高、易团聚而影响其催化性能，因此保持良好的分散性是研究的关键。碳纳米管因其比表面积大，用作催化剂载体，因此可将纳米稀土金属氧化物负载在碳纳米管上合成Re₂O₃/CNTs (Re=Y、Nd、Sm)复合催化剂，不仅解决了纳米粒子的分散性问题，同时增强了催化效果。

纳米稀土金属氧化物(Re₂O₃)用于催化化学反应已取得了较好的效果。但纳米Re₂O₃的分散性和比表面积对催化效果有很大的影响，所以制备高分散、高比表面积的纳米催化剂非常重要。而碳纳米管的类石墨结构管壁、纳米级孔道、大比表面积、良好的热学、电学性能以及高的机械强度等特性解决了纳米稀土金属氧化物的分散性问题。

目前，纳米稀土金属氧化物/碳纳米管Re₂O₃/CNTs (Re=Y、Nd、Sm）复合催化剂的合成方法有很多，常用的有高温裂解法、水热法、化学沉积法、溶胶-凝胶法、组装法等，然而这些合成方法不是涉及高温高压，就是中间步骤繁多、实验条件苛刻，容易引起产物不纯，粒子团聚，形貌不可控，制备成本也较高。

CN200810036382.8公布了一种稀土金属氧化物与碳纳米管的核壳结构复合材料的制备方法，此法利用碳纳米管、稀土金属硝酸盐、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、乙二醇为反应原料，采用加热回流法得到复合材料，将产物洗涤、烘干后得到稀土金属氧化物与碳纳米管的核壳结构复合材料。此法实验周期长、反应剧烈，氧化物不能均匀地负载到碳纳米管上，形态也不均一。

CN200710307580.9公布了一种纳米粒子碳纳米管复合催化剂的制备方法，此法通过碳纳米管和纳米粒子静电吸引的作用组装，从而得到纳米粒子碳纳米管复合物。此法步骤冗长、产率低、难于量产，因而大大限制了其在实际中的应用。

因此，开发一种工艺简单、成本低廉、形貌可控的纳米稀土金属氧化物/碳纳米管基合催化剂的制备方法，对推广纳米稀土金属氧化物/碳纳米管复合催化剂在高能固体推进剂中的催化应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有操作繁琐、容易混入杂质、形貌不可控等弊端，提供一种可用于固体推进剂的形貌可控的纳米稀土金属氧化物/碳纳米管复合催化剂材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种纳米稀土金属氧化物/碳纳米管复合催化剂的制备方法，其包括如下步骤：将经过强酸纯化处理的碳纳米管加入乙二醇中并分散成悬浊液，再加入稀土金属硝酸盐进行反应，反应后分离出固体再加入乙二醇中形成分散液，然后加入聚乙二醇和稳定剂进行原位生长反应得到前驱体，将该前驱体于180℃～250℃下继续反应，反应后洗涤并干燥。

碳纳米管在使用前需先经过强酸纯化处理，一种纯化处理方法为：将碳纳米管加入浓HNO₃和浓H₂SO₄混合溶液并分散后，于70～90℃下加热反应，然后分离出碳纳米管并洗涤，再分散于盐酸中继续于60～70℃下反应，反应后分离出碳纳米管并洗涤至中性，干燥，即得纯化后的碳纳米管。