[发明专利]用于提升AlH3

说明书

本发明属于AlH₃含氢储能材料领域，公开了一种用于提升AlH₃稳定性的TEMPO自由基捕获剂功能化的MOFs材料及其制备方法及应用方法。该功能化MOFs材料包括：金属有机框架材料基体UiO‑66‑NH₂和自由基捕获剂2，2，6，6‑四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)。其制备方法为：将所述金属有机框架材料基体UiO‑66‑NH₂与二异氰酸酯反应，得到端基为异氰酸根的活性MOFs；然后通过所述异氰酸根与氨基取代的TEMPO发生酯化反应。本发明公开了该功能化MOFs材料的制备方法，并将该功能化MOFs材料应用于提高AlH₃的稳定性且通过相关表征测试验证了其有效性。该功能化MOFs材料具有成本低、易制备、纳米尺度等特点，与AlH₃研磨混合后能够改善其稳定性，特别适用于AlH₃在固体火箭推进剂中的应用。

技术领域

本发明属于储氢高能材料领域，涉及一种适用于提升AlH3稳定性的功能化MOFs材料及其制备方法和应用。

背景技术

用更高能量的燃料代替目前常用的铝粉燃料是提高固体推进剂能量性能的重要途径。三氢化铝(AlH₃)具有含氢量高、燃烧热大、产气性能好、环保无毒以及火焰信号低等显著优势，用AlH₃代替铝粉可以显著提高固体推进剂的比冲，因此发展基于AlH₃高能燃料的固体推进剂有重要的意义。

AlH₃晶体中的Al和H原子通过共价键相连，但这种共价键不稳定，在光、热或较长时间存放等条件下这种共价键会逐渐断裂，导致氢原子从AlH₃分子中游离，生成氢气和金属铝，从而使AlH₃分解，晶体结构破坏，极大损害了AlH₃的高能特性。如何制备稳定性高的AlH₃是实现这种高能燃料在推进剂中得到实际应用的关键挑战之一。

近年来，研究人员尝试用不同的方法来提升AlH₃的稳定性。例如：1)掺杂法：通过在AlH₃中掺入镁、硅、汞等元素可以提高AlH₃的热稳定性。有研究表明，在60℃测试条件下，未掺杂镁的AlH₃分解1％的时间为6天，然而在AlH₃中掺入2％的镁后，可使时间提高到26天。2)表面包覆法：在AlH3表面包覆一层有机或无机材料，隔绝AlH₃与空气或者水分的接触，可以提高AlH₃的稳定性。Self等人报道了一种二苯基乙炔包覆AlH₃的方法，发现包覆的AlH₃比未包覆的AlH₃的热稳定性要提高一倍左右。3)表面处理：通过无机酸洗或者有机溶液洗涤等处理，可以纯洁AlH₃表面，提高AlH₃的稳定性。4)晶形控制：已知AlH₃有8种相态，其中α-AlH₃是已知最稳定的相态。通过在 AlH₃制备过程中加入添加剂促进α-AlH₃结晶，抑制其他相AlH₃生成，可以提高AlH₃的稳定性。

目前报道的提升AlH₃稳定性的方法虽然在一定程度上改善了AlH₃稳定性，但要想真正解决AlH₃的稳定性问题还需要更加有效的方法。

发明内容

针对AlH₃用作固体推进剂时存在的稳定性问题，本发明提出了一种用于提升AlH₃稳定性的功能化MOFs材料。该功能化MOFs材料以纳米级金属有机框架材料基体 UiO-66-NH₂为基体，表面功能化接枝了TEMPO自由基捕获剂。该功能化MOFs材料有较大的比表面积、纳米尺寸的晶粒大小，将该功能化MOFs材料与AlH₃研磨混合后即可以提升AlH₃的稳定性。