[发明专利]一种Bi2O3/氧化石墨烯复合粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种Bi₂O₃/氧化石墨烯复合粉体及其制备方法。Bi₂O₃/氧化石墨烯复合粉体可作为双基系推进剂的环境友好型燃烧催化剂。

背景技术

双基推进剂和改性双基推进剂是火箭和导弹所用的一类高能燃料，实际使用时需要加入燃烧催化剂来改善其燃烧性能。双基系推进剂中使用的燃速催化剂主要是铅化合物，铅化合物的加入，可提高双基推进剂的燃速，还可降低压强指数。由于复合催化剂的催化性能比单元催化剂更好，因为组成复合催化剂的各种组分的催化性能可以“互补”，从而产生“协同效应”，其催化效果优于单一成分的单元催化剂，因此常采用以铅化合物为主催化剂组成的复合催化剂。在铅化合物中加入少量的炭黑作助催化剂组成“铅-碳”体系的二元复合燃烧催化剂，其催化效果要显著高于铅化合物。在这“铅-碳”体系的二元复合催化剂中，铅化合物是主催化剂，碳黑是不可缺少的助催化剂。但是，铅化合物对人体具有毒性，在实验、制备、使用以及药柱处理和火箭发动机排气等环节给工作人员和环境留下直接和间接的危害。因此，开发无毒或低毒性、无污染的燃速催化剂成为新的课题。

氧化石墨烯是二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有巨大的理论比表面积和较好的电子传导能力，具有优异导热性和结构稳定性，且其表面又存在活泼的含氧官能团，使其具有独特的催化性能和吸附性质，既是一种特殊的催化剂，又是一种优良的催化剂载体。作为催化剂载体，可将无毒性或低毒性金属化合物与氧化石墨烯复合可制备成环境友好型复合催化剂。氧化石墨烯起着催化剂和载体的双重作用，催化剂以纳米粒子形式高度分散在氧化石墨烯表面上，氧化石墨烯作为载体，可阻止金属氧化物纳米粒子间的相互团聚，这样纳米金属氧化物催化剂就可充分发挥纳米粒子的高效催化作用。同时氧化石墨烯具有一定的导电性能和导热性能，对所负载的金属催化剂的电子具有改性作用，可以加速反应过程中电子的转移和热的传递，增加催化效果。可见，用氧化石墨烯取代炭黑，将起到更加优异的助催化作用。

铋是一种无毒的元素，金属铋及铋化合物对双基系推进剂的燃烧有较好的催化作用。铋化合物对的催化作用虽然比铅化合物低一些，但比其它金属化合物要高。因此，人们对发展铋系燃烧催化剂给予了很大的关注，并取得一些进展，但是仍然有待突破。用铋化合物取代铅化合物，用氧化石墨烯取代炭黑，组成新型的“铋-碳”体系二元催化剂，同时引进纳米技术，将Bi₂O₃负载在氧化石墨烯表面，Bi₂O₃与氧化石墨烯在纳米尺度上复合，它们的催化性能可更好地“互补”，产生强的“协同效应”，可显著提高其催化效果，并可通过改变Bi₂O₃的含量来优化催化性能。因此，开发Bi₂O₃/氧化石墨烯负载型复合燃速催化剂可为固体推进剂提供环境友好型的高效燃烧催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用作双基或改性双基推进剂的燃烧催化剂的Bi₂O₃/氧化石墨烯复合粉体。

本发明的另一个目的是提供Bi₂O₃/氧化石墨烯复合粉体的制备方法。

本发明提供一种Bi₂O₃/氧化石墨烯复合粉体，其组分为：Bi₂O₃和氧化石墨烯，各种组分的含量按质量百分比计算为：Bi₂O₃：50～80％，氧化石墨烯：20～50％；Bi₂O₃负载在氧化石墨烯表面上形成负载型复合粉体材料。

所述Bi₂O₃/氧化石墨烯复合粉体中：所用的氧化石墨烯的厚度为1～6nm，负载在氧化石墨烯表面的Bi₂O₃粒子的粒径为10～50nm。