[发明专利]用于高氯酸铵催化分解的Co3O4纳米薄膜的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米科学和含能材料领域，具体涉及一种用于高氯酸铵催化分解的Co₃O₄纳米薄膜的制备方法，该方法为特定形貌和晶面的Co₃O₄合成提供一种新的方法，为高氯酸铵(AP)分解提供一种高效催化剂，在航天领域，特别是复合固体推进剂方面具有广泛应用前景。

背景技术

高氯酸铵(AP)是复合固体推进剂的重要氧化剂，在复合固体推进剂中含量达70%以上，它的热分解特性对于推进剂的燃烧过程具有重要的影响。高氯酸铵的热分解活化能、热分解速率以及高温分解温度等参数与固体推进剂的燃烧性能，特别是燃速存在密切的关系。高氯酸铵的高温分解温度越低，则推进剂的点火延迟时间越短，燃速越高。因此，催化AP降低分解温度是一个重要的科学技术问题。AP的热分解性能可以通过添加少量催化剂进行调节，研究表明，纳米金属、纳米过渡金属氧化物等许多纳米材料对AP的热分解具有明显的催化作用。

四氧化三钴（Co₃O₄）是一种重要的过渡金属氧化物，广泛应用于催化剂、磁性材料、压敏陶瓷材料、锂离子电池正极材料、超级电容器电极材料、气体传感器敏感元件等领域。近几年研究发现Co₃O₄对AP分解有较好的催化效果。目前已经合成各种结构Co₃O₄用于催化分解AP的研究，如Wei-Yin Sun等（CrystEngComm,2012,14,7721-7726）合成了三种不同纳米结构的Co₃O₄，并分别研究了对AP催化效果，Xiaohong Jiang等（Journal of Hazardous Materials225-226(2012)124-130）合成纳米棒、微米颗粒，通过TG测试了对AP分解催化特性。Co₃O₄晶体的晶面不同，其催化活性不同，实验和理论计算表明，Co₃O₄晶体的(111)面活性最高，催化效果最好，控制合成特定晶面的Co₃O₄纳米结构成为研究的热点，也是一个技术难点。Lv Baoliang等合成了(111)面纳米颗粒并研究了对AP的催化，可以使分解温度降低到300℃。二维纳米薄膜材料具有独特的物理化学特性，同时能暴露更多的晶面，如果能控制合成Co₃O₄纳米薄膜，且使其暴露出更多(111)晶面，可能会使催化效果更好。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高氯酸铵催化分解的Co₃O₄纳米薄膜的制备方法，为控制合成纳米结构Co₃O₄提供一种新的方法，为高氯酸铵(AP)分解提供一种高效催化剂。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种用于高氯酸铵催化分解的Co₃O₄纳米薄膜的制备方法，包括以下步骤：将Co₂SO₄溶液和NaOH溶液混合，在微波中反应，用液氮冷却，静止后抽滤，用冰水洗，将抽到的滤渣冷冻干燥，最后，在300-500℃条件下退火得到单晶(111)面Co₃O₄纳米薄膜。

在上述的制备方法中，所述的Co₂SO₄溶液的浓度为0.001-0.8mol/L。

在上述的制备方法中，所述的N_aOH溶液的浓度为0.001-0.4m_ol/L。

在上述的制备方法中，所述的Co₂SO₄与NaOH的物质的量之比为1:2。

在上述的制备方法中，所述微波中反应的时间为5～10min。

在上述的制备方法中，所述退火的时间为1～5h。

Co₃O₄纳米薄膜应用于高氯酸铵催化分解的方法，所述的Co₃O₄纳米薄膜的质量分数为0.1～5%。