[发明专利]一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法

说明书

一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，将硝酸铁与硝酸镧溶于乙醇和水的混合溶剂中，然后加入柠檬酸，在高压反应釜中180～190℃反应24小时，过滤后再煅烧，得到铁酸镧；将所得铁酸镧分散于去离子水中，加入高锰酸钾，在水热反应釜中160～180℃反应12～14小时，洗涤、干燥，得到核壳结构核壳状纳米复合金属氧化物。本发明所制备的核壳MnO₂@LaFeO₃具有较高的催化活性，可作为固体推进剂燃速调节剂。

技术领域

本发明涉及一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，属于材料制备技术领域，该复合金属氧化物可作为固体推进剂的燃烧催化剂。

背景技术

固体推进剂在航天与军事技术等研究领域占据十分重要的作用。目前，固体推进剂的发展朝着高能、钝感、低特征信号及环保方向发展。高氯酸铵(AP)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)是固体推进中常用的氧化剂，它们的热分解性能与推进剂燃烧行为直接相关，其热分解温度和表观活化能越低，推进剂燃烧速率越高。研究者起初致力于研究单金属氧化物(如Fe₂O₃、CuO₂、MnO₂和Cr₂O₃等)作为燃烧催化剂。近期，国内外研究学者相继报道了复合金属氧化物如CoFe₂O₄、CuFe₂O₄、MgWO₄和BiWO₄作为燃烧催化剂。研究结果显示复合金属氧化物的催化效果优于单一金属氧化物，也优于两种单金属氧化物的简单物理混合。

复合金属氧化物是指由两种以及两种以上不同金属组成的金属氧化物，因不同金属之间相互作用，可在一定程度上产生“协同作用”，从而产生更好的催化效果。稀土复合金属氧化物ABO₃属于典型的钙钛矿型，近年来被应用于诸多领域，如光学、磁学和电化学领域，但在推进剂中的报道较少。LaFeO₃作为钙钛矿复合金属氧化物的一种，耐酸碱，有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新型的功能材料，具有潜在的催化应用价值。在LaFeO₃结构中，金属镧具有稀土金属的特殊功能，在整个结构中起助催化剂和稳定结构的作用。过渡金属铁起到主催化剂并与助催化剂共同作用，达到更好的催化效果。发明人实验组设计合成了LaFeO₃球状颗粒，然而，由于复合金属氧化物颗粒尺寸较大，导致催化性能在一定程度上有所影响。如何充分提高其催化性能成为了一大难题。核壳结构复合材料是指利用物理或者化学方法在颗粒的表面包覆一层其它异质材料，从而得到双层或者多层的特殊结构。通过core-shell结构的设计，既能有效地保护内核颗粒不发生变化，同时还能够改善内核材料的表面性能。由于内核材料和壳层材料为不同化学组分，核壳复合材料的性质也会与单一组分有所不同，可以成功实现不同材料的复合和互补。对核壳结构纳米复合材料进行设计和微观调控，是优化其性能的一种有效手段，最后得到呈现出独特的热、电、催化等性能的新型功能材料。

现有技术中大多是单金属氧化物用作燃烧催化剂，催化性能较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，将硝酸铁与硝酸镧溶于乙醇和水的混合溶剂中，然后加入柠檬酸，在高压反应釜中180～190℃反应24小时，过滤后再煅烧，得到铁酸镧；将所得铁酸镧分散于去离子水中，加入高锰酸钾，在水热反应釜中160～180℃反应12～14小时，洗涤、干燥，得到核壳结构核壳状纳米复合金属氧化物。

本发明进一步的改进在于，硝酸铁与硝酸镧的物质的量的比为1:(1～1.2)。

本发明进一步的改进在于，乙醇和水的混合溶剂中乙醇和水的体积比为(2～2.1):1。