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齐岳生物可定制MXene负载的氧化铜纳米复合材料
发布时间:2021-05-07     作者:zzj   分享到:

高氯酸铵(APNH4ClO4)是复合固体推进剂(CSP)中常用的强氧化剂,通常占CSP总质量的70%以上。基于此,CSP的燃烧性能,特别是燃烧速率等,与AP的热分解性能密切相关。

采用冰晶模板法在不添加任何化学修饰剂的基础上,成功在MXene纳米片上原位合成了CuO纳米粒子,并以此制备出了MXene负载的氧化铜纳米复合材料(MCNs)。通过该方法制备出CuO纳米粒子可以稳定均匀地分散在MXene纳米片表面(1)

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1:制备MXene负载CuO纳米复合材料(MCNs)的流程示意图MXeneCuO的比例出发,研究了不同比例的CuO(5, 10, 20, 30, 40 and 50 wt%)负载在MXene纳米片上对纳米复合材料(MCNs-1, MCNs-2, MCNs-3, MCNs-4, MCNs-5, MCNs-6)的微观形貌、比表面积以及催化性能等方面的影响。

研究结果表明,原位生长的CuO纳米粒子的比例可以对其在MXene纳米片上的分散造成影响(2)。一定比例的CuO纳米粒子可以均匀地分散在MXene纳米片上,但随着比例的增加,CuO纳米粒子会聚集成不规则的纳米片。同时,CuO纳米粒子的比例也显著影响MCNs的比表面积与孔径分布(3)CuO纳米粒子负载在MXene纳米片上可以显著增加比表面积,并产生丰富的介孔。

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2(a) MAX(b) MXene(c) CuO(d) MCNs-1(e) MCNs-2(f) MCNs-3(g) MCNs-4(h) MCNs-5(i) MCNs-6SEM图像

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3MXeneMCNs-1MCNs-2MCNs-3MCNs-4MCNs-5MCNs-6CuON2吸附-解吸附等温线(a)和孔径分布(b)

MCNs在催化AP热分解方面表现出了优异的催化活性(4),这种高活性归因于MCNs具有较大的比表面积,可以为AP提供更多的催化活性中心和接触面积,同时,介孔结构也可以通过改善催化过程中的物质运输从而促进AP的热分解。此外,通过研究MCNsAP的比例获得了MCNsAP的较佳配比(5)

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4(a) 热重分析(TGA)(b) 导数热重分析(DTG)(c) 高氯酸铵(AP)2 wt%催化剂(MXeneMCNs-1MCNs-2MCNs-3MCNs-4MCNs-5MCNs-6CuO)存在和不存在下的差示扫描量热分析(DSC)曲线,以及(d) 在有催化剂和没有催化剂的情况下AP分解过程中的热释放

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5: (a) 热重分析(TGA)(b) 导数热重分析(DTG)(c) 高氯酸铵(AP)在不同比例催化剂(MCNs-31%2%4%6%8%)存在和不存在时的差示扫描量热分析(DSC)曲线,以及(d) AP在有催化剂和没有催化剂时分解过程中的热释放

 

通过冰晶模板法在不添加任何化学修饰剂的情况下,快速简便地合成出具有大表面积以及介孔结构的纳米复合材料,可以为金属氧化物纳米复合催化剂的设计提供新思路,这对开拓金属氧化物在催化AP热分解领域的应用具有重要意义。


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以上内容来自齐岳小编zzj 2021.5.7


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