[发明专利]三维有序大孔-介孔碳/高氯酸铵复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维有序大孔‑介孔碳/高氯酸铵复合材料的制备方法，包括：(1)制备得到高氯酸铵的饱和溶液；(2)将高氯酸铵的饱和溶液以微量进样器滴加在三维有序大孔‑介孔碳骨架表面，每次滴加后在室温下静置待有机溶剂挥发之后，再进行下一次滴加；(3)通过控制滴加高氯酸铵饱和溶液的次数，调节高氯酸铵的填充量；(4)将步骤(3)得到的物质经过干燥处理。本发明还公开了三维有序大孔‑介孔碳/高氯酸铵复合材料。本发明的制备方法流程简单，反应条件温和，负载量可控；本发明所制备的三维有序大孔‑介孔碳/高氯酸铵复合材料不仅可有效降低高氯酸铵的高温分解温度，还可将高氯酸铵的表观放热量提高到2500J/g以上。

技术领域

本发明属于含能材料领域，具体为一种高放热量的三维有序大孔-介孔碳/高氯酸铵复合材料及其制备方法。

背景技术

高氯酸铵(NH₄ClO₄，AP)是复合固体推进剂中最常用的氧化剂，其热分解过程对于推进剂的燃烧性能有着极为重要的影响。一般而言，高氯酸铵的高温分解温度越低，表观放热量越高，推进剂的点火延迟时间越短，燃速越高。虽然降低高氯酸铵的颗粒尺寸可以提高固体推进剂的性能，但超细的高氯酸铵不仅容易团聚，还非常危险。由于高氯酸铵的热分解对催化剂非常敏感，近年来多采用添加催化剂来调节高氯酸铵的热分解性能。在以往的研究中，对催化剂的性能要求主要侧重于降低高氯酸铵的高温分解温度，大多数催化剂仅能使高氯酸铵的表观放热量维持在1000J/g～2000J/g，只有少数含碳的催化剂能得到较高放热量(>2500J/g)。因此，开发能够同时降低高氯酸铵高温分解温度和大幅度提高表观放热量的高效催化剂是推进剂领域研究的热点和面临的难题。

三维有序大孔-介孔碳材料是一种同时兼具了大孔材料孔体积大、传质速度快和介孔材料比表面积高的优点的新型功能性碳材料。将高氯酸铵与其复合，碳骨架多尺度的孔道结构不仅可以提供大量的催化活性位点、降低传质阻力，还可以保证填充在孔道内的高氯酸铵具有纳米尺度，有利于解决超细高氯酸铵容易团聚的问题，最大程度地发挥三维有序大孔-介孔碳材料的催化作用。此外，碳材料自身优异的导电导热性以及可燃烧性，不仅有利于高氯酸铵热分解过程中的电子转移，还可与分解产生的氧化性产物发生燃烧反应，释放大量的燃烧热。目前还没有制备三维有序大孔-介孔碳/高氯酸铵复合材料并研究其高放热性能的报道。

发明内容

本发明克服了现有催化剂在提高高氯酸铵表观放热量上的不足，提供一种三维有序大孔-介孔碳/高氯酸铵复合材料及其制备方法，以期望可以获得一种高放热量的复合材料。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种三维有序大孔-介孔碳/高氯酸铵复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将过量高氯酸铵在室温下溶解于适量具有挥发性的有机溶剂中，过滤后得到高氯酸铵的饱和溶液；

(2)将高氯酸铵的饱和溶液以微量进样器滴加在三维有序大孔-介孔碳骨架表面，每次滴加后在室温下静置待有机溶剂挥发之后，再进行下一次滴加，以避免高氯酸铵蔓延出碳骨架。此过程中高氯酸铵的饱和溶液在重力作用下自行扩散并渗入碳骨架孔壁内层，溶剂挥发过程进一步加速高氯酸铵在骨架内的扩散，最后高氯酸铵在孔道内结晶析出；

(3)通过控制滴加高氯酸铵饱和溶液的次数，调节高氯酸铵的填充量；

(4)将步骤(3)得到的物质经过干燥处理，即得三维有序大孔-介孔碳/高氯酸铵复合材料。

更进一步的方案是：所述具有挥发性的有机溶剂为丙酮或者丙酮与二甲基亚砜的混合液。

更进一步的方案是：所述丙酮与二甲基亚砜的混合液中丙酮与二甲基亚砜的质量比为(8～10):1。

更进一步的方案是：步骤(4)干燥的温度为40～60℃。