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不同形貌纳米CuM

花匠小妙招
2024-11-01 16:40

【摘要】： 纳米燃速催化剂是一类能够有效催化高氯酸铵(AP)热分解的纳米材料,影响纳米燃速催化剂催化性能的主要因素是其形貌和比表面积。本文通过微波法和静态回流法制备了不同形貌的CuCr_2O_4_,通过水热法制备了不同形貌的CuCo_2O_4_,采用XRD,SEM,TEM,BET,XPS等手段表征了它们的形貌和结构,采用DSC和TG技术研究了不同形貌的CuCr_2O_4_和CuCo_2O_4_对于AP热分解的催化活性,研究内容如下:(1)以氟化铵(NH4F)为形貌调节剂,六亚甲基四胺(HMT)为沉淀剂,通过微波法制备了CuCr_2O_4_,研究发现反应时间,NH4F加入量和最终煅烧温度对于CuCr_2O_4_样品形貌和纯度有较大的影响,在经过一系列实验后发现,当原料的摩尔比为Cu~(2+):Cr~(3+):NH_4F:HMT=1:2:5:5,反应时间为40 min,煅烧温度为400℃时制备的样品形貌为15-40 nm厚的纳米片状立方相CuCr_2O_4_(样品M2),分散性好,比表面积大(95.41 m~2·g~(-1)),对于AP热分解的催化效果最好,可以将AP热分解的高温分解温度从403.4℃降低至330.3℃,使AP的表观分解热从-746.53J.g~(-1)增加到-1237.06 J·g~(-1)。(2)以柠檬酸三钠(TSC)为形貌调节剂,HMT为沉淀剂,使用静态回流法制备了CuCr_2O_4_。研究发现,煅烧温度对于样品形貌影响最大,煅烧温度在350℃时,样品R1形貌为5 nm厚的纳米片状CuCr_2O_4_,样品无晶型;煅烧温度为380℃时,样品R2形貌为团聚的纳米片状CuCr_2O_4_,纳米片的表面附着纳米粒子,有部分CuCrO4杂质,锻烧温度提高到400℃时,样品R3形貌为纳米粒子状立方相CuCr_2O_4_,当温度升高到500℃时,样品R4形貌为纳米粒子状四方相CuCr_2O_4_。经过BET测试发现随着煅烧温度升高,CuCr_2O_4_的比表面积逐渐减小(从88.34m~2·g~(-1)降低至13.37 m~2·g~(-1)),经DSC和TG测试表明,样品R4比表面积最小但是催化效果最好,这是由于样品R1和R2含有部分的CuCrO4。(3)采用水热法制备了纳米CuCo_2O_4_。以尿素作为沉淀剂,不加入形貌调节剂可制备出粒径为20-50 nm的纳米粒子状CuCo_2O_4_;以尿素作为沉淀剂,NH4F为形貌调节剂制备出直径为50-120 nm,长度为100-800 nm的纳米棒状CuCo_2O_4_;以HMT为沉淀剂,NH4F为形貌调节剂,制备出的CuCo_2O_4_为厚度为20-40 nm纳米片状堆叠的三维结构;以HMT为沉淀剂,TSC为形貌调节剂,制备出的CuCo_2O_4_为超薄纳米片状结构,纳米片厚度小于10 nm。经过BET,DSC和TG测试发现,超薄纳米片状结构的比表面积最大(100.22 m~2·g~(-1)),对AP热分解的催化效果最好,其可以将AP热分解的高温分解温度从403.4℃降低至289.4℃。(4)通过DSC技术测试了微波法制备的纳米片状CuCr_2O_4_(样品M2)和超薄纳米片状CuCo_2O_4_(样品A)与AP以1:4比例混合时的热分解曲线。以Kissinger方程、Ozawa方程和积分法评价了样品A和M2催化AP热分解动力学过程,给出了相关热分解动力学参数及催化AP热分解过程的最可几机理函数。结果表明,加入样品A或M2后AP低温分解峰和高温分解峰合并为一个峰,可能是由于样品M2和样品A的加入改变了AP热分解的机理和历程,AP热分解过程由原来的两步反应变为了一步反应。通过计算发现向AP中添加样品M2和样品A均可以降低AP热分解的总活化能,说明两种样品对于AP的热分解都有良好的催化作用。

【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2020

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