一種g-C3N4/Fe2O3復合材料及其制備方法和應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種g_C3N4/Fe203復合材料的制備方法以及將其用于催化分解高氯酸銨(AP)，屬于材料制備及含能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高氯酸銨(AP)是固體復合推進劑中常用的氧化劑，在復合固體氧化劑中含量可達70%，其熱分解特性對推進劑的燃燒過程具有重要影響。高氯酸銨的熱分解活化能、熱分解速率以及高溫分解溫度等參數(shù)與固體推進劑的燃燒性能，特別是燃速存在密切的關(guān)系。高氯酸銨的高溫分解溫度越低，則推進劑的點火延遲時間越短，燃速越高。所以研究通過加入催化劑降低高氯酸銨的熱分解溫度是目前一個重要的問題。研究表明，過渡性金屬氧化物、碳材料、復合物都能降低高氯酸銨的分解溫度或提高分解速率，對AP的熱分解具有明顯的催化作用。例如，本課題組【Tan L, et al.Applied Surface Science, 2015，356，447】采用混合煅燒法制備了 8-(:#4/&02復合材料，將高氯酸銨的分解溫度降低至375.1 °C。
[0003]g_C3N4是氮化碳中最穩(wěn)定的同素異形體，具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)。同時，g-C 3N4是一種僅含C、N兩種元素的聚合物半導體，其中C、N原子均發(fā)生sp2雜化，層與層之間存在大量自由移動的電子。研究表明，g-C3N4與金屬氧化物復合可形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，加快電子轉(zhuǎn)移速率，從而進一步提高其催化活性。例如，Kumer等【Kumer S, et al.The Journal ofPhysical chemistry C, 2013，117，26135】以 FeCl2.4H20 和 FeCl3.6H20 為原料，通過化學沉淀法合成了 Fe304修飾的g_C3N4，F(xiàn)e304具有導電性，能夠作為電子接受體促進光生載流子的分離，F(xiàn)e304修飾g_C3N4后拓寬了 g-C 3N4對可見光的吸收范圍，并將其比表面積增加至72.73 m2.g \使復合物光催化降解羅丹明B的效率提高了 7倍?；谝陨戏治?，本發(fā)明制備出一種新型的g-C3N4/Fe203復合材料，對高氯酸銨(AP)的熱分解有較強的催化作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于催化分解高氯酸銨的g-C3N4/Fe203復合材料及其制備方法，為高氯酸錢的熱分解提供一種新型催化劑。
[0005]為達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案:
本發(fā)明所提供的g_C3N4/Fe203復合材料是以g-C 3N4作為支撐載體，納米Fe 203顆粒沉積分散在g_C3N4的表面，且g-C 3N4與納米Fe 203的質(zhì)量比為95:5?50:50。
[0006]本發(fā)明還提供了一種g_C3N4/Fe203復合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將三聚氰胺或尿素通過焙燒、冷卻、研磨制備出g-C3N4;
(2)將納米Fe203置于乙醇溶液中超聲分散，超聲過程中不斷攪拌，使納米Fe203在乙醇中分散均勻；
(3 )將步驟(1)制備的g_C3N4加入到步驟(2 )所得分散液中繼續(xù)超聲分散，超聲分散均勻，超聲過程中不斷攪拌；
(4)將步驟(3)的混合物在瑪瑙研缽研磨至糊狀，放入真空烘箱中烘干后，在管式爐中fe.燒即可得g_C3N4/Fe203屋合材料。
[0007]所述步驟(2)中超聲分散時間為10?30 min。
[0008]所述步驟(3)中超聲分散時間為10?60 min。
[0009]所述步驟(4)中研磨時間為30?90 min。
[0010]所述步驟(4)中真空干燥的溫度為40?70 °C，干燥時間為4?6 h。
[0011]所述步驟(4)中焙燒溫度為150?350 °C，焙燒時間為30?90 min。
[0012]本發(fā)明還提供了一種g_C3N4/Fe203復合材料的應用，所述的復合材料用于催化高氯酸銨(AP)的熱分解。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
(1)本發(fā)明制備的g-C3N4/Fe203復合材料用于催化高氯酸銨(AP)的熱分解，為高氯酸銨(AP)的分解提供了一種新型催化劑。
[0014](2) g_C3N4和Fe 203復合形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，加快電子轉(zhuǎn)移速率，有效提高了 g_C 3N4/Fe203復合材料的催化活性。
[0015](3)本發(fā)明制備g_C3N4/Fe203復合材料的過程工藝簡單，原料廉價，重復性好，具有大規(guī)模生產(chǎn)的基本條件，有較高的應用前景和使用價值。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1-6制備的g_C3N4及g-C 3N4/Fe203復合材料的XRD曲線；
圖2為實施例1-6制備的g_C3N4及g-C 3N4/Fe203復合材料的FT-1R曲線；
圖3為實施例6制備的g_C3N4/Fe203復合材料掃描電子顯微鏡圖片；
圖4為實施例6制備的g_C3N4/Fe203復合材料元素分析EDS曲線；
圖5為實施例7-11的高氯酸銨熱分解曲線；
圖6為本發(fā)明一種g_C3N4/Fe203復合材料的制備方法流程圖。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合本發(fā)明的實施例對本發(fā)明作進一步闡述和說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0019]實施例1制備g_C3N4
稱取5 g三聚氰胺放入陶瓷坩禍中(蓋上坩禍蓋)，在馬弗爐中以50°C /min升溫到500°C，在這個溫度下保溫焙燒1 h，接著5min內(nèi)快速升溫到520°C，保溫焙燒1 h，冷卻研磨得黃色粉末樣品。
[0020]將實施例1制備的材料，經(jīng)X-射線衍射儀掃描后，見圖1，為g_C3N4。
[0021]實施例2制備g_C3N4/Fe203復合材料
(1)按照實施例1的方法制備出石墨相氮化碳(g-C3N4)；
(2)將0.05g納米Fe203置于20 ml乙醇溶液中超聲分散10 min，超聲過程中不斷攪拌;
(3)稱取0.95 g步驟(1)制備的g_C3N4加入到步驟(2)所得分散液中繼續(xù)超聲分散10min，超聲過程中不斷攪拌； (4)將步驟(3)的混合物在瑪瑙研缽研磨30 min至糊狀，放入真空烘箱中50 °(:烘6h，在管式爐中200 °C焙燒30 min得g_C3N4/Fe203復合材料。
[0022]將實施例2制備的g_C3N4/Fe203復合材料經(jīng)X-射線衍射儀掃描，見圖1，從g_C 3N4/Fe203復合材料的XRD曲線中可以發(fā)現(xiàn)g-C 3N4和Fe 203的特征衍射峰，該表征表明制備的材料為g_C3N4/Fe203復合材料。
[0023]實施例3制備g_C3N4/Fe203復合材料
(1)按照實施例1的方法制備出石墨相氮化碳(g-C3N4)；
(2)將0.10g納米Fe203置于到20 ml乙醇溶液中超聲分散10 min，超聲過程中不斷攪拌；
(3)稱取0.90 g步驟(1)制備的g_C3N4加入到步驟(2)所得分散液中繼續(xù)超聲分散20min，超聲過程中不斷攪拌；
(4)將步驟(3)的混合物在瑪瑙研缽研磨30min至糊狀，放入真空烘箱中50 °(:烘5h，在管式爐中200 °C焙燒40 min得g-C3N4/Fe203復合材料。
[0024]將實施例3制備的g_C3N4/Fe203復合材料經(jīng)X-射線衍射儀掃描，見圖1，從g_C 3N4/Fe203復合材料的XRD曲線中可以發(fā)現(xiàn)g-C 3N4和Fe 203的特征衍射峰，該表征表明制備的材料為g_C3N4/Fe203復合材料。
[0025]實施例4制備g_C3N4/Fe203復合材料
(1)按照實施例1的方法制備出石墨相氮化碳(g-C3N4)；
(2)將0.20g納米Fe203置于20 ml乙醇溶液中超聲分散20 min，超聲過程中不斷攪拌;
(3)稱取0.80 g步驟(1)制備的g_C3N4加入到步驟(2)所得分散液中繼續(xù)超聲分散40min，超聲過程中不斷攪拌；
(4)將步驟(3)的混合物在瑪瑙研缽研磨60min至糊狀，放入真空烘箱中70 °(:烘4h，在管式爐中300 °C焙燒60 min得g-C3N4/Fe203復合材料。
[0026]將實施例4制備的g_C3N4/Fe203復合材料經(jīng)傅里葉變換紅外光譜儀觀察，見圖2，從圖中可以看出g_C3N4和Fe 203的紅外吸收峰，F(xiàn)T-1R表明制備的g_C3N4和Fe 203成功復合。
[0027]實施例5制備g_C3N4/Fe203復合材料
(1)按照實施例1的方法制備出石墨相氮