[发明专利]一种g‑C3N4/CuO复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于含能材料及材料制备领域，具体涉及一种用于高氯酸铵催化分解的g-C₃N₄/CuO复合材料的制备方法。

背景技术

g-C₃N₄是所有氮化碳同素异形体最稳定的材料，具有明显的层状结构。同时，g-C₃N₄具有很高的化学稳定性、热稳定性和优异的导电性能和机械性能，在环境、能源和化工等领域都有较好的应用前景。例如，王等【Wang X C,et al.Nature Materials,2009,8,76】通过煅烧三聚氰胺的方法制备g-C₃N₄用于可见光照射下光解水制氢，为可见光催化找到了一种新型材料。

高氯酸铵(AP)是复合推进剂中的高能组分，它在推进剂中占大约60 %～80%的比例，通过研究AP的热分解特性可以推测含AP推进剂的燃烧性能。纳米CuO是固体推进领域一种重要的燃速催化剂，对高氯酸铵(AP)的热分解催化效果明显。例如，陈等【陈爱四,等.固体火箭技术,2004,27,123】采用溶剂-非溶剂法制备出纳米CuO为核，AP为壳的CuO/AP复合粒子，研究表明CuO/AP复合粒子中AP的高温分解温度下降了101 ℃，表现出良好的催化活性。

为了改善g-C₃N₄的催化活性，常采用和金属氧化物复合和掺杂的方法。例如，Chen等【Chen J, et al.Applied Catalysis B:Environment,2014,152-153,335】以三聚氰胺和硝酸铜为原料，采用一锅原位生成法制备出Cu₂O/g-C₃N₄复合材料，研究表明该材料光解水制氢的析氢速率相对于纯g-C₃N₄而言，由141.6 μmol/h/g增加至243.1 μmol/h/g，同时可见光催化活性增强至70%。但该种制备方法存在的问题是，实验需要多步反应、历经长时间的混合以及煅烧过程、煅烧的温度高，同时实验要求比较高，需要旋转蒸发仪蒸干。基于以上分析，本发明提供一种简单的混合煅烧的方法，将g-C₃N₄和对AP催化活性高的CuO复合制备出g-C₃N₄/CuO复合材料用于催化分解高氯酸铵，该方法操作简单，适合大量生产。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种用于高氯酸铵(AP)催化分解的g-C₃N₄/CuO复合材料的制备方法，以此法制备的g-C₃N₄/CuO复合材料对高氯酸铵的热分解具有优异的催化性能，且制备工艺简单，生产时间短，制备效率高，适合于工业化大批量生产。

本发明所提供了一种g-C₃N₄/CuO复合材料的制备方法，包括以下步骤：将纳米CuO置于到乙醇溶液中超声分散并搅拌，然后加入g-C₃N₄继续超声分散并搅拌，完成后在玛瑙研钵研磨至糊状，放入真空烘箱中烘干后，在管式炉中煅烧即可得g-C₃N₄/CuO复合材料。

进一步地，所述纳米CuO的加入量为0.05～0.2 g，所述g-C₃N₄的加入量为0.8～0.95 g。

进一步地，所述超声分散时间均为10～60min。

进一步地，所述所述研磨时间为30～60 min。

进一步地，所述真空干燥的温度为40～70 ℃，干燥时间为4～6 h。

进一步地，所述煅烧温度为100～400 ℃，煅烧时间为60～120 min。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

（1）采用简单混合煅烧法制备出的g-C₃N₄/CuO复合材料中，g-C3N4和CuO具有协同作用，使高氯酸铵(AP)在更低的温度下分解。