[发明专利]含能功能化氧化石墨烯及其制备方法

说明书

本发明涉及一类非金属含能催化剂及其合成方法，具体的说涉及含能功能化氧化石墨烯及其制备方法，结构式为式1：以氧化石墨烯为结构单元，先将氧化石墨烯表面的羧基酰基化，再将含能结构单元经亲核取代反应与氧化石墨烯表面的酰氯基团反应，实现含能结构单元嫁接至氧化石墨烯表面，使得氧化石墨烯的能量水平和热稳定性提高，并赋予其催化性能。

技术领域

本发明涉及一类非金属含能催化剂及其合成方法，具体的说涉及含能功能化氧化石墨烯及其制备方法，这类含能催化剂可作为固体推进剂燃烧催化剂，调节其燃烧行为，并提高能量水平和安全性能。

背景技术

环境友好、高能量密度和低特征信号是固体推进剂发展的必然趋势。

高氯酸铵(AP)是复合推进剂、改性双基推进剂和NEPE推进剂中最常用氧化剂，一般占固体推进剂总量70％以上。AP的热分解行为对AP基固体推进剂燃烧特性有重要的影响，AP热分解活化能、热分解速率和高温分解温度等参数与AP基固体推进剂的燃烧性能，尤其是燃速密切相关，其高温分解温度越低，AP基固体推进剂的点火延迟时间越短，燃速越高。由此可见，AP热分解特性对AP基固体推进剂的燃烧行为有重要的影响。由于纯AP自身的燃烧性能不能完全满足固体火箭发动机使用要求，在实际使用过程中通常需加入一定比例的燃烧催化剂调节其燃烧性能。

目前，AP基固体推进剂常用燃烧催化剂存在能量水平低，含重金属等缺陷，不仅对其能量水平造成负面的影响，同时不可避免地对环境造成污染。此外，以AP基固体推进剂为燃料的导弹和火箭在飞行过程中将产生金属氧化物固体颗粒，产生明显的特征信号，易被敌方雷达系统侦测，不利于战略和战术导弹、火箭在飞行过程中的隐身。因此，环境友好，高能量和非金属含能催化剂是AP基固体推进剂发展的必然需求。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种非金属含能催化剂，所述含能催化剂可调节固体推进剂燃烧性能并提高其能量和安全性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：

以氧化石墨烯为结构单元，先将氧化石墨烯表面的羧基酰基化，再将含能结构单元经亲核取代反应与氧化石墨烯表面的酰氯基团反应，实现含能结构单元嫁接至氧化石墨烯表面，使得氧化石墨烯的能量水平和热稳定性提高，并赋予其催化性能。这类非金属含能催化剂-含能功能化氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将氧化石墨烯加入到氯化亚砜和DMF混合体系中回流反应24小时，实现对氧化石墨烯表面羧基的酰基化，反应结束过滤，将过滤所得固体粉末分别经DMF和冰水洗涤，干燥得AGO；

第二步，在DMF和酸束缚剂三乙胺(TEA)存在条件下，分别将含能中间体(2，4，6-三硝基苯胺，2，3，4，6-四硝基苯胺，以及2，4，6-三氨基-3，5-二硝基吡啶-1-氧化物、3-硝基-1，2，4-三唑酮-5、1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯和2，4-二硝基咪唑对应的钾盐与AGO混合并在氮气保护下回流反应24h，使得含能中间体与氧化石墨烯表面的酰氯基发生亲核取代反应，进而实现氧化石墨烯含能功能化。反应结束过滤，水洗，干燥得黑色含能功能化氧化石墨烯。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)新型非金属含能催化剂不含过渡金属离子，将其加入到固体推进剂中可实现金属化合物零排放。进而使得以AP基固体推进剂为燃料的导弹和火箭在飞行过程中实现隐身，提高突防能力和生存能力。(2)新型燃烧催化剂具有能量水平高，热稳定性好，催化活性高的优点，对高敏感含能材料具有一定的降感效果，将这类新型含能催化剂加入到复合推进剂中，不仅可以调节固体推进剂的燃烧性能，还可以提高其能量水平和安全性能，具有较好的市场应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明的非金属含能催化剂-含能功能化氧化石墨烯，代号：FGO 1～6，结构式为式1：