本發(fā)明屬于固體推進(jìn)劑，具體涉及一種過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑。

背景技術(shù)：

1、隨著航天技術(shù)的發(fā)展，固體推進(jìn)劑領(lǐng)域得到了越來(lái)越多科研者的研究。固體推進(jìn)劑作為火箭動(dòng)力系統(tǒng)的重要功能組成部分之一，在軍事和民用火箭中都作為固體發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源，其組成物質(zhì)通過(guò)裝藥填充設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)生燃燒反應(yīng)，主要由氧化劑和還原劑組成，可在太空無(wú)氧環(huán)境下激發(fā)，達(dá)到為火箭提供高溫氣體，達(dá)到為火箭供能的效果。固體推進(jìn)劑按組成可分為雙基推進(jìn)劑、復(fù)合推進(jìn)劑兩種。未來(lái)固體推進(jìn)劑的研宄主要在向高能量、低特征信號(hào)、鈍感以及經(jīng)濟(jì)性高的方向發(fā)展。為了加強(qiáng)我國(guó)固體推進(jìn)劑技術(shù)的生產(chǎn)水平，對(duì)固體推進(jìn)劑的研宄需要重視起來(lái)。但是固體推進(jìn)劑在其使用過(guò)程中需要解決燃速偏低，壓力指數(shù)較高的缺點(diǎn)，所以需要在推進(jìn)劑的裝藥配方中加入燃速催化劑來(lái)提高燃燒性能。

2、燃速催化劑常根據(jù)其對(duì)推進(jìn)劑燃燒速度的影響分為燃速催化劑及燃速抑制劑，為對(duì)固體推進(jìn)劑進(jìn)行改善燃燒性能，提高燃燒速度等調(diào)節(jié)，常常通過(guò)添加燃速催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)，作為固體推進(jìn)劑中十分重要的組成部分之一，其作用方法常是以化學(xué)方法參與反應(yīng)，以此來(lái)改善推進(jìn)劑的燃燒性能，實(shí)現(xiàn)不同發(fā)動(dòng)機(jī)，不同推進(jìn)劑的發(fā)射需要，從而滿足現(xiàn)代航天器的使用需求。目前的燃速調(diào)節(jié)劑雖然品類繁多，但可根據(jù)成分組成大致分為以下幾類：金屬及金屬氧化物、金屬有機(jī)化合物、納米金屬粉、碳材料、含能化合物等。近年來(lái)隨著研究的不斷深入，稀土金屬作為催化劑逐漸走入研究者的視野，稀土金屬是鑭系金屬及鈧、釔等17種金屬的統(tǒng)稱，為提高推進(jìn)劑熱量特征與降低壓力指數(shù)，許多科研人員嘗試了多種金屬組合來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而稀土化合物對(duì)雙基推進(jìn)劑燃燒催化及降低燃?xì)獾募t外衰減具有突出的作用，而在其他領(lǐng)域中，稀土與其它過(guò)渡元素的復(fù)合體系也具有優(yōu)越的催化性能。

3、普魯士藍(lán)及普魯士藍(lán)類似物作為一種氰橋配位聚合物，具有可調(diào)節(jié)的三維大框架，相對(duì)擁有更多的活性位點(diǎn)，因此具有較好的催化性能。普魯士藍(lán)類化合物具有多金屬?gòu)?fù)合和良好的催化性能，并且具有正生成熱，因而可作為固體推進(jìn)劑常用的催化劑，迄今為止人們用過(guò)渡金屬制備了多種化合物，稱為普魯士藍(lán)類似物。根據(jù)包信和的研究，此類化合物可經(jīng)過(guò)高溫碳化原位形成包覆金屬的碳材料，其采用金屬有機(jī)前驅(qū)體直接熱解法制備了包封feni合金納米顆粒的豆莢狀氮摻雜碳材料，并將其應(yīng)用在染料敏化太陽(yáng)能電池氧化還原反應(yīng)中，展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性(xi?nhe?bao,and?can?li?et?al.podlike?n-dopedcarbon?nanotubes?encapsulating?fe?ni?alloy?nanoparticles:high-performancecounter?electrode?materials?for?dye-sen?sitized?solarcells.angewandte.chemie.2014(53):7023-7027)。黃馳等制備了一種普魯士藍(lán)納米片組裝材料，研究其與高氯酸銨的持續(xù)相互作用達(dá)到高效催化的新途徑。結(jié)果表明在此普魯士藍(lán)納米片的催化下，高氯酸銨的分解呈連續(xù)兩個(gè)放熱階段，并發(fā)現(xiàn)此材料能夠保持優(yōu)異的催化穩(wěn)定性(chi?huang,peng?zhouet?al.interaction?betweenprussianblueultrathinnanosheet?and?ammonium?perchlorate?for?highly?efficient?thermaldecomposition.advanced?functional?materials.2023(33):2300661-2300672)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種快捷方便的、可大量合成的、催化性能較好的過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑。

2、本發(fā)明提供的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑是將過(guò)渡金屬摻雜稀土金屬的普魯士藍(lán)類似物經(jīng)煅燒后獲得的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳材料；所述過(guò)渡金屬為銅、鈷、鐵、錳中任意一種；所述稀土金屬為鋱、釤、銪、鏑中任意一種。

3、進(jìn)一步，上述過(guò)渡金屬優(yōu)選鈷，稀土金屬優(yōu)選鋱。

4、上述多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑粒徑大小為300～500nm。

5、本發(fā)明多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑的制備方法為：將過(guò)渡金屬的可溶性鹽與稀土金屬的可溶性鹽的混合水溶液逐滴加入na4[fe(cn)6]飽和水溶液中，室溫4～6h后，將所得懸濁液進(jìn)行固液分離，固體經(jīng)洗滌、干燥后所得粉末于惰性氣體中進(jìn)行煅燒，得到所述多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑。

6、上述制備方法中，優(yōu)選所述過(guò)渡金屬的可溶性鹽中過(guò)渡金屬元素與稀土金屬的可溶性鹽中稀土金屬元素的摩爾比為1∶9～19，na4[fe(cn)6]與過(guò)渡金屬的可溶性鹽中過(guò)渡金屬元素的摩爾比為12～15∶1，na4[fe(cn)6]與稀土金屬的可溶性鹽中稀土金屬元素的摩爾比為1～2∶1。

7、上述制備方法中，所述過(guò)渡金屬的可溶性鹽為過(guò)渡金屬的硝酸鹽，所述稀土金屬的可溶性鹽為稀土金屬的硝酸鹽。

8、上述制備方法中，所述惰性氣體為氬氣。

9、上述制備方法中，進(jìn)一步優(yōu)選所述煅燒的溫度為300～800℃、時(shí)間為1～6h、升溫速率為1～5℃/min。

10、本發(fā)明的有益效果如下：

11、本發(fā)明通過(guò)過(guò)渡金屬離子摻雜技術(shù)，將其與稀土金屬亞鐵氰酸鹽進(jìn)行摻雜，利用普魯士藍(lán)框架可調(diào)節(jié)的特性，改變其化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)以合成一種性能優(yōu)異、可大量生產(chǎn)的新型復(fù)合燃速催化劑。本發(fā)明的多金屬?gòu)?fù)合燃速催化劑以碳材料為載體，通過(guò)過(guò)渡金屬與稀土金屬之間的協(xié)同作用，多金屬之間彼此影響，互相補(bǔ)充，充分發(fā)揮了多金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)及催化性能；本發(fā)明將過(guò)渡金屬摻雜稀土金屬的普魯士藍(lán)類似物通過(guò)高溫煅燒得到一種片狀多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，片狀直徑大小約為300～500nm，通過(guò)摻雜過(guò)渡金屬調(diào)節(jié)形貌，增大普魯士藍(lán)框架比表面積，使之展露更多活性位點(diǎn)，以簡(jiǎn)單有效的方法提高對(duì)ap燃燒催化性能。

技術(shù)特征：

1.一種過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，其特征在于：所述燃速催化劑是將過(guò)渡金屬摻雜稀土金屬的普魯士藍(lán)類似物經(jīng)煅燒后獲得的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳材料；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，其特征在于：所述過(guò)渡金屬為鈷，所述稀土金屬為鋱。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，其特征在于：所述多金屬?gòu)?fù)合燃速催化劑的粒徑大小為300～500nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，其特征在于所述多金屬?gòu)?fù)合燃速催化劑法的制備方法為：將過(guò)渡金屬的可溶性鹽與稀土金屬的可溶性鹽的混合水溶液逐滴加入na4[fe(cn)6]飽和水溶液中，室溫4～6h后，將所得懸濁液進(jìn)行固液分離，固體經(jīng)洗滌、干燥后所得粉末于惰性氣體中進(jìn)行煅燒，得到所述多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，其特征在于：所述過(guò)渡金屬的可溶性鹽中過(guò)渡金屬元素與稀土金屬的可溶性鹽中稀土金屬元素的摩爾比為1∶9～19，所述na4[fe(cn)6]與過(guò)渡金屬的可溶性鹽中過(guò)渡金屬元素的摩爾比為12～15∶1，所述na4[fe(cn)6]與稀土金屬的可溶性鹽中稀土金屬元素的摩爾比為1～2∶1。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，其特征在于：所述過(guò)渡金屬的可溶性鹽為過(guò)渡金屬的硝酸鹽，所述稀土金屬的可溶性鹽為稀土金屬的硝酸鹽。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，其特征在于：所述惰性氣體為氬氣。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，其特征在于：所述煅燒的溫度為300～800℃、保溫時(shí)間為1～6h、升溫速率為1～5℃/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種過(guò)渡金屬摻雜稀土亞鐵氰酸鹽衍生的多金屬?gòu)?fù)合氮雜碳燃速催化劑，所述燃速催化劑是將過(guò)渡金屬的可溶性鹽與稀土金屬的可溶性鹽的混合水溶液逐滴加入Na<subgt;4</subgt;[Fe(CN)<subgt;6</subgt;]飽和水溶液中，反應(yīng)之后進(jìn)行固液分離、洗滌、干燥，之后將所得粉末于惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行煅燒制備而成。本發(fā)明通過(guò)熱縮合將過(guò)渡金屬與稀土金屬粒子均勻負(fù)載在氮雜碳材料上，制備步驟簡(jiǎn)單，成本較低，所得復(fù)合材料通過(guò)多金屬的協(xié)同催化效應(yīng)可以極大地提升其作為燃速催化劑的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張國(guó)防,韓振華,王藝,劉海龍,米之元,魯彩紅,王嬌,張佳媛,劉振龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21