[发明专利]碳纳米管填充铜金属配合物纳米复合燃速催化剂

说明书

本发明公开了一种碳纳米管填充铜金属配合物纳米复合燃速催化剂，将不同管径的多壁碳纳米管经混酸溶液超声处理，得到两端开口的氧化碳纳米管，将氧化碳纳米管加入Cu(NO₃)₂·3H₂O、[Cu(TMEDA)₂](NO₃)₂(TMEDA＝四甲基乙二胺)、[Cu(MIM)₄](DCA)₂(MIM＝1‑甲基咪唑，DCA＝二氰胺负离子)或[Cu(NMIM)₄](DCA)₂(NMIM＝2‑硝基‑1‑甲基咪唑，DCA＝二氰胺负离子)的饱和溶液中，超声处理，使氧化碳纳米管的官腔内填充这些铜金属配合物，从而获得碳纳米管填充铜金属配合物纳米复合燃速催化剂。本发明制备方法简单，所得纳米复合燃速催化剂催化效果好，易于放大制备。

技术领域

本发明属于固体推进剂技术领域，具体涉及一种碳纳米管填充铜金属配合物纳米复合燃速催化剂。

背景技术

固体推进剂是常用的火箭发动机动力源，其燃烧状态会直接影响航空火箭的性能，经过长期的研究，目前固体推进剂已经形成高能量、高比冲、低信号特征的发展趋势。强氧化剂高氯酸铵(AP)是固体推进剂中常见的含能材料组分，尤其在双基推进剂及其改性推进剂中最为常见。由于高氯酸铵一般所占比重较大，其分解过程的燃烧速度、热分解峰温与放热量对固体推进剂的燃烧有很大的影响。现有改善固体推进剂的燃烧性能的方法中，使用燃速催化剂被广泛应用于生产和实践当中。燃速催化剂的加入量一般为固体推进剂总质量分数的1％～5％，但是其作为固体推进剂中不可或缺的一部分起着至关重要的作用，固体推进剂中常见的燃速催化剂有：过渡金属氧化物、过渡金属氟化物、铜和锰的钴酸盐或亚铬酸盐、二茂铁及其衍生物、有机金属化合物和纳米燃速催化剂等。

碳纳米管具有接近理想的纳米尺度一维中空结构，开口的碳纳米管管腔可作为虹吸管、纳米反应器、吸附剂、催化剂载体等。将金属及其氧化物、碳化物等物质填充在碳纳米管中，可对碳纳米管的电磁性能、传导性能、力学性能及催化性能等进行改善，因而碳纳米管的管内填充受到广泛关注，利用碳纳米管管腔填充贵金属及其氧化物作为催化材料在催化剂领域得到广泛应用。

碳纳米管表面负载纳米金属氧化物用于燃速催化剂领域已经被广泛研究，这类复合材料具有大比表面积、高表面能、高表面活性等优点。2010年，中国研究员洪伟良等人将纳米CuO负载到碳纳米管表面并研究了其对双基推进剂燃烧的催化作用(洪伟良,朱秀英,赵凤起,仪建华,高红旭,田德余.CuO/CNTs的制备及其对双基推进剂燃烧的催化作用[J].火炸药学报,2010,33(06):83-86.)。研究发现碳纳米管负载氧化铜对双基推进剂的燃烧催化作用显著优于纳米CuO，其原因是CuO以纳米粒子的形式高度分散在碳纳米管表面，碳纳米管作为载体可以阻止纳米CuO粒子间的相互团聚，使碳纳米管负载氧化铜复合材料在双基推进剂中能够均匀分散，增大了纳米CuO与推进剂的接触面积，从而增强纳米CuO的催化作用。但是负载到碳纳米管表面无法控制纳米粒子的粒径大小，将纳米粒子填充入碳纳米管空腔内部后，可以利用碳纳米管的限域效应有效控制填充入碳纳米管的纳米粒子粒径大小。

近年来，关于碳纳米管填充问题得到了各个领域的关注与研究，但是用于燃速催化领域的却比较少。2009年，吴筛青将碳纳米管和硝酸钾加入到浓硝酸中，在油浴条件下回流24h得到内嵌硝酸钾的碳纳米管并测试了其本身的燃烧催化性能(吴筛青.内嵌硝酸钾碳纳米管的制备与表征[D].南京理工大学,2009.)。测试结果表明内嵌硝酸钾的碳纳米管的燃烧催化性能相比于碳纳米管本身有显著提高。2012年，张岩等人将纳米CuO粒子填充入碳纳米管中得到一种均匀填充的纳米复合材料(张岩,薛健.纳米CuO粒子填充多壁碳纳米管复合材料的制备与表征[J].应用化工,2012,41(03):476-479.)，但对该复合材料的燃烧催化性能并未做研究。目前将碳纳米管与金属氧化物或配合物相结合制备新型复合催化材料成为催化材料领域的一个发展趋势。

发明内容