C納米燃燒催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種材料的制備方法，特別是八面體結(jié)構(gòu)SnO2OC納米顆粒的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 含黑索今的改性雙基推進(jìn)劑是火箭和導(dǎo)彈所用的一類高能燃料，但存在燃速較 低、壓強(qiáng)指數(shù)較高等缺點(diǎn)，需要加入燃燒催化劑來調(diào)節(jié)燃燒性能，其作用主要是：1)改變推 進(jìn)劑在低壓燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速度；2)降低推進(jìn)劑燃速受壓力、溫度影響的敏感程度；3) 改善推進(jìn)劑的點(diǎn)火性能；4)提高推進(jìn)劑的燃燒穩(wěn)定性；5)調(diào)節(jié)推進(jìn)劑燃速，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè) 計(jì)的不同推力方案。
[0003] 研究表明，黑索今的分解放熱主要發(fā)生在氣相反應(yīng)階段，因此氣敏型材料將有可 能對(duì)于改善其燃燒性能具有一定幫助。二氧化錫作為一種常見的氣敏型半導(dǎo)體金屬氧化 物，已廣泛應(yīng)用在氣體傳感器，光催化等領(lǐng)域，但其催化活性主要發(fā)生在具有高表面能以及 表面配位數(shù)不足的高指數(shù)晶面上。如廈門大學(xué)謝兆雄等人曾經(jīng)報(bào)道過，具有八個(gè)[221]晶 面的八面體二氧化錫在乙醇氧化反應(yīng)中表現(xiàn)出極高的催化活性，而其他結(jié)構(gòu)的二氧化錫則 無此效果。因此，將這類具有高指數(shù)晶面的氣敏型納米材料用做燃燒催化劑有望提升黑索 今的熱分解性能。但這類材料因其表面能較高而容易發(fā)生團(tuán)聚，使比表面積下降，影響催化 效果。因此，研究同時(shí)具有較高表面能且不易發(fā)生團(tuán)聚的納米二氧化錫將對(duì)提升含能化合 物的熱分解效率帶來幫助，進(jìn)而滿足固體推進(jìn)劑發(fā)展的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】中存在的不足，提供一種能大幅提高雙 基推進(jìn)劑主要組分RDX熱分解性能的八面體SnO2OC納米結(jié)構(gòu)燃燒催化劑的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的思路是：多巴胺因良好的表面吸附特性以及環(huán)境友好性可以在材料表面 形成均勻吸附實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面的包覆。進(jìn)一步通過氮?dú)獗Ｗo(hù)下的高溫煅燒，可以使多巴胺 轉(zhuǎn)化為碳，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的表面碳包覆。這種方法可以有效的防止納米材料的團(tuán)聚現(xiàn)象， 提高納米催化劑的比表面積，進(jìn)而提升其催化性能。本方法中制備的八面體SnO 2OC納米結(jié) 構(gòu)，其比表面積較未包覆的八面體SnO2納米結(jié)構(gòu)比表面積有顯著的提升，同時(shí)由于八面體 結(jié)構(gòu)的高活性[221]晶面的存在，對(duì)于RDX熱分解過程的催化效率較傳統(tǒng)球形SnO 2納米顆 粒有所提高，從而為進(jìn)一步提高推進(jìn)劑的燃燒性能提供了理論基礎(chǔ)。
[0006] 本發(fā)明提供的一種八面體SnO2OC納米結(jié)構(gòu)燃燒催化劑的制備方法，包括以下步 驟：
[0007] (1)八面體SnO2OPDA的制備
[0008] 稱取四氯化錫放入燒杯中，然后按體積比1:1量取乙醇和蒸餾水倒入燒瓶中，加 入表面包覆劑，表面包覆劑與四氯化錫的摩爾比為1:20~80,攪拌分散，同時(shí)滴加濃鹽酸， 鹽酸與蒸餾水的體積比為1:10繼續(xù)攪拌至四氯化錫完全溶解，溶液透明澄清，然后將溶液 轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，180~200°C水熱反應(yīng)12~18小時(shí)，冷卻至室溫后，將反應(yīng)釜中的沉 淀以及溶液全部轉(zhuǎn)移至燒杯中，攪拌分散同時(shí)調(diào)節(jié)pH至8~10,繼續(xù)攪拌6小時(shí)以上，收集 沉淀產(chǎn)物，用去離子水和乙醇洗滌若干次，直到洗滌溶液的pH呈中性，空氣干燥，得到八面 體 SnO2OI3DA ;
[0009] (2)八面體SnO2OC的制備
[0010] 將八面體SnO2OPDA置于氮?dú)鈿夥障拢?00~800°C (優(yōu)選為600°C )煅燒4小時(shí)以 上（優(yōu)選4~6h)，冷卻至室溫后，收集產(chǎn)物，得到八面體SnO2OC納米結(jié)構(gòu)。
[0011] 所述的表面包覆劑為多巴胺，左旋多巴（DOPA)或多巴胺鹽酸鹽中的一種。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)選方案，包括以下步驟：
[0013] (1)八面體SnO2OPDA的制備
[0014] 稱取四氯化錫放入燒杯中，然后按體積比1:1量取乙醇和蒸餾水倒入燒瓶中，加 入D0PA，攪拌分散，同時(shí)緩慢滴加濃鹽酸（鹽酸與蒸餾水的體積比為1:5)，繼續(xù)攪拌30min， 然后將溶液轉(zhuǎn)移至以聚四氟乙烯材料為內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，180°C水熱反應(yīng)12小時(shí)，冷 卻至室溫后，將反應(yīng)釜中的沉淀以及溶液全部轉(zhuǎn)移至燒杯中，攪拌分散同時(shí)調(diào)節(jié)pH至8. 5， 繼續(xù)攪拌12小時(shí)，收集沉淀產(chǎn)物，用去離子水和乙醇洗滌若干次，直到洗滌溶液的pH呈中 性，60°C空氣干燥，得到八面體SnO 2OPDA ;其中PDA與四氯化錫的摩爾比為1:20~1:80 ;
[0015] (2)八面體SnO2OC的制備
[0016] 將的八面體SnO2OPDA置于氮?dú)鈿夥障拢?00°C煅燒4小時(shí)（升溫速率為3°C /min)， 冷卻至室溫后，收集產(chǎn)物，得到八面體SnO2OC納米結(jié)構(gòu)，的尺寸為200~400nm，碳膜厚度為 10 ~25nm〇
[0017] 本發(fā)明的有益效果：
[0018] 本發(fā)明成功制備出了一種八面體SnO2OC納米結(jié)構(gòu)。該納米結(jié)構(gòu)具有高活性的 [221]晶面，且表面碳包覆有效地提高了材料的比表面積，因而對(duì)黑索今具有較好的催化 熱分解作用。在相同實(shí)驗(yàn)條件下測得八面體SnO 2OC納米結(jié)構(gòu)使黑索今的分解峰溫提前了 28°C，而普通SnO2納米顆粒僅僅使黑索今的分解峰溫提前了 4°C。
【附圖說明】
[0019] 圖1為制得的八面體SnO2OC結(jié)構(gòu)的SEM照片。
[0020] 圖2為制得的八面體SnO2OC結(jié)構(gòu)的XRD花樣。
[0021] 圖3為制得的八面體SnO2OC結(jié)構(gòu)的TEM照片。
[0022] 圖4為制得的八面體SnO2OC結(jié)構(gòu)的高倍TEM照片。
[0023] 圖5為制得的八面體SnO2OPDA結(jié)構(gòu)的EDS譜圖。
[0024] 圖6為制得的八面體SnO2OC結(jié)構(gòu)的EDS譜圖
[0025] 圖7為制得的八面體SnO2OC結(jié)構(gòu)對(duì)RDX熱分解催化性能測試的DSC譜圖
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 稱取3. 5g SnCl4,0· 2g DOPA加入30ml無水乙醇以及30ml雙蒸水組成的混合溶 液中，攪拌分散同時(shí)緩慢加入6ml濃鹽酸，繼續(xù)攪拌30min，然后將溶液轉(zhuǎn)移至100mL容量的 聚四氟乙烯材料為內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，180°C水熱反應(yīng)12小時(shí)，冷卻至室溫后，將反應(yīng)釜 中的沉淀以及溶液全部轉(zhuǎn)移至燒杯中，攪拌分散同時(shí)調(diào)節(jié)pH至8. 5，繼續(xù)攪拌12小時(shí)，收集 沉淀產(chǎn)物，用去離子水和乙醇洗滌若干次，直到洗滌溶液的pH呈中性，60°C空氣干燥，得到 八面體SnO 2OPDA。
[0029] 將收集到的八面體SnO2OPDA置于氮?dú)鈿夥障拢?00 °C煅燒4小時(shí)（升溫速率 為3°C /min)，冷卻至室溫后，收集產(chǎn)物，得到八面體