[发明专利]一种CuO/mpg-C3N4复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备及含能材料领域，具体涉及一种CuO/mpg-C₃N₄复合材料的制备方法以及将其用于催化分解高氯酸铵(AP)，该方法为特定形貌的CuO/mpg-C₃N₄复合材料提供一种新的方法，为高氯酸铵(AP)热分解提供一种高效催化剂。

背景技术

高氯酸铵(AP)是复合推进剂中的高能组分，它在推进剂中占大约60 %～80%的比例，通过研究AP的热分解特性可以推测含AP推进剂的燃烧性能。研究表明，金属单质、金属氧化物、复合物都能降低高氯酸铵的分解温度或提高分解速率，对高氯酸铵的热分解有很好的催化作用。例如，Wang等【Wang Y P，et al.Thermochimica Acta,2005,437,106】采用固相法制备了纳米NiO颗粒使高氯酸铵的高温分解温度降至357℃。但是纳米材料极易团聚形成二次粒子，严重影响其催化性能，因此良好的分散性是纳米催化剂在使用过程中要解决的关键问题。

    g-C₃N₄是一种具有类石墨层状结构的氮化碳材料，C、N原子均发生sp²杂化，通过 p_z轨道上的孤对电子形成一个类似于苯环结构的大π键，组成高度离域的共轭体系，层与层之间存在大量自由移动的电子。传统的块状g-C₃N₄比表面积小、片层厚度大，从而大大降低了复合效果。相比之下，通过模板法制备的介孔g-C₃N₄(mpg-C₃N₄)具有大的比表面积，片层小而薄，被认为是一种良好的催化剂载体。把纳米材料负载在mpg-C₃N₄表面制备出复合材料，可以提高纳米材料的分散性，同时mpg-C₃N₄的电子结构特征可促进催化反应过程中的电子转移，从而表现出更好增加催化效果。王等【王珂玮,等.石油学报(石油加工),2014,30,353】采用溶剂热法合成了ZnO/mpg-C₃N₄复合材料用于可见光降解亚甲基蓝，研究表明该复合材料与纯mpg-C₃N₄相比，可见光活性明显提高，为纯mpg-C₃N₄的2.3倍。Li等【Li Y,et al.RSC Advances,2013,3,10973】利用超声波沉积法将Pd组装在mpg-C₃N₄表面，得到Pt@mpg-C₃N₄复合材料。将此复合材料用于苯酚氢化制备环己酮，该复合材料不仅可以有效促进环己酮的形成，而且具有很好的重复使用性。在固体推进领域，纳米CuO是一种重要的燃速催化剂，对高氯酸铵(AP)的热分解催化效果明显。例如，Chen等【Chen L J,et al.Journal of Alloys and Compounds,2008,464,532】利用水热法制备出CuO纳米棒对AP的热分解表现出良好的催化效果，使AP的完全分解温度降低至349℃。基于以上分析，将纳米CuO负载分散在mpg-C₃N₄表面制备出CuO/mpg-C₃N₄复合材料，可以有效提高催化剂催化活性，使高氯酸铵(AP)在更低的温度下分解。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种CuO/mpg-C₃N₄复合材料及其制备方法，以及将其用于催化分解高氯酸铵(AP)，为制备特定形貌的CuO/mpg-C₃N₄复合材料提供一种新的方法，为高氯酸铵(AP)分解提供一种高效催化剂；本发明制备出的CuO/mpg-C₃N₄复合材料两物质间具有更紧密的接触，比表面积更大，从而对高氯酸铵的热分解表现出更佳的催化效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 ：