[發明專利]一種銅基雙金屬非晶納米燃燒催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202211428605.1
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115770579A
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 曲文剛;牛詩堯;趙鳳起;付青山;肖立柏;高紅旭;王瑛;陳雪莉
• 申請（專利權）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: B01J23/847
• 分類號: B01J23/847;C06B23/00;C06D5/00;B01J23/86;B01J23/889;B01J35/02
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 趙中霞

本發明公開了一種銅基雙金屬非晶納米燃燒催化劑及其制備方法，利用化學氧化法制備CuO納米線，雙金屬的引入以及Cu的非晶化是通過在反應溶液中引入另一種過渡金屬前驅體利用電化學活化法實現的。本發明所構建的非晶金屬氧化物納米材料中原子的空間排列缺乏長程的有序拓撲結構，可視為短程有序結構(類似于原子團簇)彼此之間隨機連接構成的原子結構，其表面具有高密度的配位不飽和位點與缺陷，有助于催化活性的提高，實現了對高氯酸銨等典型含能分子的高效催化分解。

技術領域

本發明屬于固體推進劑領域，涉及燃燒催化劑，具體涉及一種過銅基雙金屬非晶納米燃燒催化劑及其制備方法。

背景技術

推進劑的燃燒性能對火箭發動機的彈道性能有著重要影響。燃速的高低決定火箭發動機的工作時長和飛行速度，燃速受外界條件(溫度與壓力)影響的大小直接影響著發動機工作性能的穩定性。因此控制和調節火箭推進劑的燃燒性能對滿足各類火炮、火箭發動機以及火箭武器的性能需求是十分重要的。燃燒催化劑是調節與改善推進劑燃燒性能最常用的方法，可實現在較寬壓力范圍內對推進劑的燃速及燃速壓力指數進行可控調節。

然而，隨著固體火箭推進劑進一步向著高能、燃氣清潔以及燃燒可控的方向發展，現有的燃燒催化劑研究體系已逐漸難以滿足需求，亟需發展新的具有高活性、高選擇性燃燒催化材料。

在催化分解反應中，反應物分子首先通過濃差擴散至催化劑的表面，然后反應物分子被吸附在催化劑表面活性位點處并發生重構、化學鍵的斷裂、中間產物的生成以及反應產物分子的形成，最后反應產物從催化劑材料表面脫附，并暴露催化劑表面的活性位點。因此，催化過程可謂之為表界面敏感的反應過程。故而，在原子精度下精細地調節催化劑的表界面原子結構可以改善催化劑表面原子的電子狀態，從而提高催化劑的催化性能。

非晶結構是一種特殊的原子排列方式，與晶體材料相比，非晶納米材料中原子的空間排列不呈現周期性和平移對稱性。非晶結構的原子在幾個原子直徑的區域內具有短程有序性，原子結構中缺乏長程的有序拓撲結構，這種雜亂無序的原子結構賦予了其新穎的結構特性以及較傳統晶態材料更高的催化活性。其根本原因主要包括以下兩個方面：(1)由于非晶結構具有各向同性和均質特征，非晶材料的反應活性位點具有相同的化學環境且均勻地分散在非晶材料表面，賦予了非晶材料較高的反應活性或選擇性；(2)由于非晶結構是由短程有序的原子團簇相互雜亂的連接，非晶納米材料的表面具有高密度的配位不飽和位點，而且這些配位不飽和位點可能具有一系列不同的配位數。與低配位數的晶體納米材料相似，非晶表面的配位不飽和位點有利于催化反應過程中反應物、中間產物等分子的鍵合與活化，確保了非晶納米材料展現出遠優于相應晶體納米材料的催化活性

綜上所述，發展新的具有高活性、高選擇性非晶態燃燒催化材料有望實現對固體推進劑燃燒性能的高效、精準調控，為新型高性能固體推進劑的研制提供理論和技術支撐。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于，提供一種銅基雙金屬非晶納米燃燒催化劑及其制備方法，與傳統晶態材料相比，本發明所構建的非晶金屬氧化物納米材料中原子的空間排列缺乏長程的有序拓撲結構，其表面具有高密度的配位不飽和位點與缺陷，有助于催化活性的提高，實現了對高氯酸銨等典型含能分子的高效催化分解。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案予以實現：

一種銅基雙金屬非晶納米燃燒催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，CuO納米線前驅體的制備：

利用化學氧化法制備生長在泡沫銅基底上的Cu(OH)₂納米線：該化學氧化法的原料包括NaOH溶液、(NH₄)₂S₂O₈溶液和水；將上述原料混合并在其中加入一片泡沫銅，靜置15分鐘即得到負載在泡沫銅上的Cu(OH)₂納米線；