[发明专利]一种燃速催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于纳米能源材料技术领域，公开了一种新型燃速催化剂，以石墨烯气凝胶为载体，以金属氧化物为附载物，所述金属氧化物以纳米粒子分散于所述石墨烯气凝胶内。本发明还公开了燃速催化剂的制备方法。本发明的燃速催化剂具有较高的比表面积、较大的孔体积、良好的导热导电性，过渡金属氧化物纳米颗粒均匀地分散在了气凝胶的内部，没有出现团聚现象，具有优良的催化活性。催化剂的制备过程简单，反应条件温和。

技术领域

本发明属于纳米能源材料技术领域，具体涉及一种新型燃速催化剂及其制备方法。

背景技术

高氯酸铵是一种常用的固体燃料推进剂氧化剂，填充量通常占整个固体推进剂药柱的70～90％。因此，通常对于固体推进剂，高氯酸铵的热分解性能对推进剂的燃速影响显著，高氯酸铵的分解温度越低，推进剂的燃速越快，燃烧速度越高。降低高氯酸铵的热分解温度可以有效地提高燃烧效率。在催化高氯酸铵分解的过程中，一般采用的催化剂为过渡金属氧化物，过渡金属氧化物中的金属粒子外层具有电子空轨道，可以帮助高氯酸铵热分解过程中的电子转移过程。

然而，在催化反应过程中，过渡金属氧化物极易发生团聚，极大地影响了催化剂的性能，导致了催化性能的严重下降，如何将作为催化核心的过渡金属氧化物均一的分散在推进剂中是提高固体燃料催化剂的燃速的重要因素。

石墨烯是碳原子以sp²杂化轨道相互连接，形成以六边形为单元的网状二维材料。专利CN 107262083 A公开了一种石墨烯负载型复合物及其制备方法，该方法通过水热反应，在150～200℃下将PbSnO₃简单负载到还原的氧化石墨烯上。该方法得到的复合催化剂仍是粉末状的，且作为载体的还原氧化石墨烯也较易发生团聚，并不能完全解决固体燃料推进剂中燃速催化剂的分散问题，催化效率并未发挥到最大。

发明内容

本发明的目的是提供一种显著降低固体燃料推进剂的分解温度从而提升燃速、应用广泛的负载有过渡金属氧化物纳米颗粒的石墨烯气凝胶催化剂。

本发明的另一目的是提供该催化剂的制备方法。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：

一种燃速催化剂，以石墨烯气凝胶为载体，以金属氧化物为附载物，所述金属氧化物以纳米粒子形式分散于所述石墨烯气凝胶内。

进一步地，所述金属氧化物的直径为30～500nm。

进一步地，所述金属氧化物为铁氧化物、锰氧化物、铜氧化物、氧化锌、钴氧化物、镍氧化物、钙钛矿型复合氧化物、尖晶石型复合氧化物中的至少一种。

铁氧化物包括氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁；锰氧化物包括一氧化锰、二氧化锰、三氧化二锰；铜氧化物包括氧化铜、氧化亚铜；钴氧化物包括一氧化钴、三氧化二钴、四氧化三钴；镍氧化物包括氧化亚镍、三氧化二镍、四氧化三镍；钙钛矿型复合氧化物包括BaCuO₂、LaMnO₃；尖晶石型复合氧化物包括CuMn₂O₄。

进一步地，所述石墨烯气凝胶的密度为2～10mg/cm³，比表面积为450～550m²/g。

上述燃速催化剂可以按照如下方法制备：

S1、将氧化石墨烯水溶液、纳米金属氧化物与还原剂溶液混合，利用氧化石墨烯表面的含氧官能团吸附纳米金属氧化物颗粒，同时还原剂将氧化石墨烯还原，使氧化石墨烯片层相互交联形成水凝胶；

S2、负载金属氧化物的石墨烯水凝胶经过溶剂交换、冻干得到负载金属氧化物的石墨烯气凝胶。

进一步地，所述还原剂为氨水、柠檬酸钠、抗坏血酸、亚硫酸氢钠、硼氢化钠中的至少一种。