[发明专利]金属有机框架材料改性纳米金属颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属有机框架材料改性纳米金属颗粒的制备方法，用于解决现有材料改性方法实用性差的技术问题。技术方案是首先对纳米铝粉进行包覆，其次制备含能MOF配体，再对过渡金属离子进行配位，然后原位生长含能MOF晶体，最后采用去离子水对产物进行洗涤，然后过滤、冷冻干燥后收集。由于在纳米铝粉的表面原位生长了含能MOF，金属有机框架材料改性后的纳米金属颗粒放热量大幅提高至4000J g^‑1以上，方法简单、高效，并且利用体系的多级放热能力来提升能量性能以及选用不同的含能MOF实现点火能力和放热速率的调节，实用性好。

技术领域

本发明涉及一种材料改性方法，特别涉及一种金属有机框架材料改性纳米金属颗粒的制备方法。

背景技术

铝粉由于密度高，耗氧量低，有较高的燃烧焓，在固体推进剂中可有效提高比冲，并且其原材料丰富，成本较低，因此可广泛作为能量添加材料应用。随着纳米技术的发展，纳米铝粉开始在推进剂铝中应用，其在提高推进剂的能量性能以及燃烧效率上展现出巨大的优势。当采用纳米铝粉替代传统的微米铝粉应用于推进剂时，能够大幅提高推进剂的燃烧速率以及比冲。但是，纳米铝粉的应用同样也面临着中以下的一些问题：1)纳米铝粉具有高的比表面积，在空气中极易被氧化，导致活性铝含量减少，降低含铝推进剂的比冲；2)纳米铝粉具有高的表面能，容易形成团聚，对于推进剂药浆的浇铸工艺有不利影响。解决以上问题是实现纳米铝粉工业化应用的前提。

对纳米铝粉进行包覆可以有效解决其在空气中被氧化的问题。近年来，国内外研究人员采用了多种材料来包覆纳米铝粉，主要包括油酸、十六烷酮、二十酯硬脂胺以及叔十六硫醇等(姚二岗，赵凤起，高红旭，等.油酸包覆纳米铝粉/黑索今复合体系的热行为及非等温分解反应动力学[J].物理化学学报，2012,28(4):781～786；姚二岗，赵凤起，郝海霞，等.全氟十四烷酸包覆纳米铝粉的制备及点火燃烧性能[J].火炸药学报，2012，35(6):70～75；吕英迪，郑晓东，陈志强，等.CVD法制备碳/高活性铝复合材料[J].火炸药学报，2012，35(6):104～106.)。但是这些材料在阻止铝粉进一步氧化的同时，也会降低体系的能量性能和纳米铝粉的点火能力，对燃烧性能起到消极作用。因此，在对纳米铝粉进行包覆的同时，应该寻求能量性能的提高以及对点火能力的调节。

多巴胺是一种极具吸引力的仿生材料，利用其与纳米铝颗粒的强相互作用，可以在颗粒表面形成致密的聚多巴胺层。相较于传统的包覆材料，聚多巴胺包覆层的优势在于：1)聚多巴胺层含有大量的官能团，可以对其进行进一步的改性(He W,Liu P J,Gong F,etal.Tuning the Reactivity of Metastable Intermixed Composite n-Al/PTFE byPolydopamine Interfacial Control[J].Acs Applied MaterialsInterfaces,2018.)；2)聚多巴胺层能够在高温溶剂中对活性金属有效保护。利用这些特点，可以在对纳米铝粉的性能进行进一步调节，达到提高能量性能以及改善点火能力的目的。但是，采用多巴胺对纳米铝粉进行改性降低了铝粉的活性铝含量，对铝粉的能量性能有消极作用。

发明内容

为了克服现有材料改性方法实用性差的不足，本发明提供一种金属有机框架材料改性纳米金属颗粒的制备方法。该方法首先对纳米铝粉进行包覆，其次制备含能MOF配体，再对过渡金属离子进行配位，然后原位生长含能MOF晶体，最后采用去离子水对产物进行洗涤，然后过滤、冷冻干燥后收集。由于在纳米铝粉的表面原位生长了含能MOF，金属有机框架材料改性后的纳米金属颗粒放热量大幅提高至4000J g^-1以上，方法简单、高效，并且利用体系的多级放热能力来提升能量性能以及选用不同的含能MOF实现点火能力和放热速率的调节，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种金属有机框架材料改性纳米金属颗粒的制备方法，其特点是包括以下步骤：