[发明专利]一种高氯酸铵催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种高氯酸铵催化剂、制备方法及应用，高氯酸铵催化剂选自钛酸钠纳米管、钛酸纳米管和TiO₂纳米棒；所述钛酸钠纳米管的尺寸为：长度50～200nm，平均外径13nm，平均内径7nm；钛酸纳米管的尺寸为：长度50～200nm，平均外径13nm，平均内径7nm；TiO₂纳米棒的尺寸为：长度50～200nm，平均直径13nm。本发明从采用水热合成的方法，通过控制尺寸为25nm锐钛矿TiO₂和浓度为10M的氢氧化钠溶液的比例、水热反应的温度、盐酸浸泡离子交换和高温焙烧得到三种钛基纳米材料，并将这些钛基纳米材料应用于高氯酸铵热分解的催化反应中，得到了非常好的催化结果，介于此，可以进一步佐证过渡金属氧化物钛基纳米材料在高氯酸铵热分解的催化反应中具有极好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种高氯酸铵催化剂、制备方法及应用。

背景技术

固体火箭推进剂是火箭和导弹发动机的动力来源，其性能直接影响导弹系统的作战效能和生存能力。固体推进剂通常由氧化剂，粘合剂，燃料，燃烧催化剂和其他成分组成，其中氧化剂是推进剂的主要能量成分，其热分解特性会显着影响固体推进剂的燃烧性能。高氯酸铵(AP)由于其高的氧含量，良好的物理和化学稳定性而成为固体火箭推进剂的常用氧化剂，AP是航天器和导弹的主要能源。常规的固体火箭推进剂中60-70％成分是作为氧化剂的高氯酸铵(AP)，因此，推进剂的燃烧行为取决于AP的分解行为。AP热分解的最显着特征是两步分解，即低温分解和高温分解，通常分别称为LTD和HTD，其中超细AP(约1um)具有很大的比表面积，在其表面上吸附有大量的NH₃和HClO₄气体，并且吸附力较强，因此超细AP只存在一个高温分解阶段，不存在转晶过程。调节AP的热分解行为对于优化含AP推进剂的燃烧特性提供了一条途径。纳米级过渡金属氧化物用作燃烧催化剂可以有效地促进氧化剂的热分解，并改善固体推进剂的燃烧性能。多种过渡金属氧化物已被用作固体推进剂的燃烧催化剂如CuO，NiO，MnO₂，TiO₂和Fe₂O₃。过渡金属氧化物对AP热分解的催化作用归因于许多原因，例如半导体性质(p型半导体或n型半导体)、电荷转移过程或电子转移过程等，但实际的活性机理仍为未有肯定的结论。据报道，氧化物的p型半导体性质有助于提高反应性，较早的研究人员报道，过渡金属氧化物对推进剂的催化活性程度及其氧化还原电位与电子转移过程的反应热之间存在线性关系。

由于二氧化钛在催化领域具有优异的催化活性并且应用广泛因此受到了广泛的关注，成为最受研究者青睐的二元过渡金属氧化物。其不但在颜料、化妆品、牙膏和油漆等生活领域得到迅速发展，而且在光催化、太阳能电池、燃料等传统催化领域引起了广泛研究，同时在石油、化工、能源等领域中占有非常重要的地位。不止在以上领域，在燃烧催化领域TiO₂也有研究。根据文献报道，TiO₂用作催化AP分解反应的催化剂具有明显的效果。研究人员为了进一步提高其的效率，已将颗粒尺寸减小至纳米。由此可见TiO₂在此领域非常有潜力。目前，合成TiO₂纳米管和纳米棒的方法仍然是使用TiO₂和浓NaOH溶液进行水热处理，在合成过程中，首先形成钛酸钠纳米管作为中间体，在酸浸泡过程中形成钛酸纳米管。在催化领域，尽管主要使用钛酸钠和钛酸纳米管来制造各种TiO₂纳米结构，但是钛酸钠和钛酸纳米管在有些催化反应中也展现出优异的活性。且含过渡金属元素的化合物具有多价态性导致在氧化还原过程中电荷迁移速度的加快，在催化过程中，会形成金属高氯化物中间体，这些中间体的热力学性能不稳定，会减小AP分解的初始活化能，从而加速AP的热分解。因此探究不同含钛纳米材料的合成及其在催化高氯酸铵热分解反应中的应用非常必要。所以找到一种简单高效催化高氯酸铵热分解的催化剂，是现在该领域面临的技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种高氯酸铵(AP)催化剂，本发明同时提供其制备方法，以及在催化AP热分解的应用。