CuO/RGO纳米复合材料的制备及其对高氯酸铵热分解性能的影响研究(2)
4.1 主要实验药品和仪器 24
4.2 实验部分 24
4.3 样品表征方法 25
4.4 实验结果与讨论 26
4.5 本章小结 27
5 CuO/RGO纳米复合物对AP热分解性能的影响 28
5.1 AP的性质 28
5.2 AP的热分解 28
5.3 AP热分解反应的机理 29
5.4 实验部分 30
5.5 CuO/RGO纳米复合物催化机理分析 32
5.6 本章小结 33
6 全文结论与工作展望 34
6.1 全文结论 34
6.2 工作展望 34
致 谢 36
参考文献37
1 绪论
1.1 背景介绍
纳米材料是指三文空间尺度中至少有一文处于1 nm~100 nm范围内或者由其作为基本单元而构成的材料，它是由尺寸介于宏观体系、分子和原子间的纳米粒子组成的新一代材料[1]。纳米材料由于其特殊的尺寸(直径介于原子簇和体相之间)，因而具有小尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应和量子尺寸效应等[2,3]，从而有着与传统材料不同的独特性质，在众多科学领域展现出良好的应用前景。
作为纳米材料大家庭中的一个重要成员，纳米过渡金属氧化物，包括Fe2O3、CuO、Co3O2和NiO等，在催化领域特别是对高氯酸铵的催化[4]有优秀的表现，从而得到广泛关注和应用。其中纳米CuO拥有超大的表面积，超强的吸附能力以及极高的反应活性，在催化领域展现了其独特的优势。CuO用作火箭固体燃料推进剂的催化剂，在降低推进剂分解温度和压强指数方面效果显著，并且能提高燃烧效率[5,6]。研究表明，在高氯酸铵中加入相同质量分数的纳米CuO和Fe2O3作为催化剂，CuO比Fe2O3的效果更好[7]，CuO使高氯酸铵的低温分解峰消失，高温分解温度降低了接近100 ℃，而Fe2O3仅仅只使高氯酸铵的高温分解温度降低了50 ℃。
尽管纳米材料存在比表面积大，粒径小等优点，但是极易团聚。纳米材料一旦发生团聚，在使用中会影响其分散的均匀性，催化性能也会大大降低。因此要充分发挥纳米材料催化性能，必须要解决纳米材料的团聚问题。
石墨烯是由sp2杂化的碳原子组成的单原子层二文材料，其结构呈现为蜂窝状晶格，到厚度只有0.3554 nm（单碳原子层厚度）[8]。自2004年Novoselov用简单的机械剥离法成功地将石墨层剥离，获得可稳定存在的单层石墨烯后[9]，引发了石墨烯研究热潮。石墨烯具有优良的电学，热学和机械性能以及高透光率和超大比表面积等，特别是其超大的比表面积（理论值为2630 m2/g）和优异的电性能使其在催化领域受到广泛的关注[8]。利用石墨烯超大的比表面积，把纳米CuO负载在石墨烯上，将两者的优点结合，充分发挥CuO的催化效果。
高氯酸铵（AP）常用作推进剂中的氧化剂，其含氧量高、密度大、相容性好、产气量大、吸湿性小、成本低，用量可占推进剂总量的70%以上 [10]。因为其用量大，所以AP的分解过程也将密切影响推进剂燃烧过程，许多研究表明[11,12]，AP的热分解速率、活化能以及分解峰温度等参数与推进剂的燃烧特性紧密联系，其高温分解温度越低，推进剂燃速越高。因此提高推进剂的燃速和能量利用效率，就要优化氧化剂AP的燃烧过程，使其充分氧化和释放能量。目前，较为简单的方法是通过添加少量燃速催化剂来改善推进剂的燃烧特性[13]。而纳米CuO有着优秀的催化性能，在AP催化剂领域占有重要的地位。
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