[发明专利]一种卟啉类多功能双金属有机框架材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种卟啉类多功能双金属有机框架材料、制备方法及应用，其包括Pb₂K_3.33Cl_1.33(TCPP‑Pb)₂和PbK₂O(TCPP‑Pb_0.98)两个化合物。其制备方法如下：将一定比例的有机配体、金属铅盐、溶剂置于反应釜中，搅拌均匀加入一定量的钾盐溶液，在135℃条件下反应一段时间后缓慢降温，洗涤干燥得到PbK‑MOFs晶体。本发明所使用的合成方法工艺简单、成本低且技术成熟，便于工业化生产，合成得到卟啉类多功能双金属有机框架材料，不仅具有大的孔道结构，而且包含钾和铅离子，在固体推进剂中同时起到催化和消焰作用。

技术领域

本发明属于火炸药技术领域，具体涉及一种卟啉类多功能双金属有机框架材料、制备方法及应用。

背景技术

战术与战略导弹、火箭发动机等使用固体推进剂是火炸药研究的重点领域之一，其组分包括氧化剂、催化剂、稳定剂、黏合剂、消焰剂等多种化学药品，其中，催化剂不仅用于催化固体推进剂的燃烧，而且保证推进剂在发动机内具有平台燃烧效应，保证发动机的稳定工作。通常，铅盐或者铜盐作为催化剂时推进剂具有较好的催化燃烧性能。消焰剂在固体推进剂燃烧过程中主要用于消除或抑制推进剂燃烧过程中发动机排气羽焰的二次燃烧，实现推进剂燃烧的低特征信号，避免发动机口火焰大、冲击波强等问题。目前，抑制二次燃烧最方便、最有效的方法是在推进剂配方中添加无机或有机的钾盐作为消焰剂，消焰剂分解生成KOH与燃气中的H和OH自由基发生反应，中止CO、H₂的氧化反应，从而起到消除火焰的效果。由于目前推进剂中使用的催化剂与消焰剂都是非含能材料，它们的添加使得推进剂组分复杂，并且降低推进剂的能量。

为了提升推进剂的性能，利用一种多功能化合物同时代替推进剂中的催化剂与消焰剂是一种重要途径，该化合物同时包含铅/铜离子和钾离子。当前，研究较多的包含金属离子的有机物是金属有机骨架化合物(MOFs)，该类材料具有大孔洞结构、高的孔隙率(比表面积1000m²/g)，为催化反应提供了大量的高度分散的活性位点，在CO与甲烷燃烧催化、H₂储存、乙醇提纯、气体吸附、海水纯化等工业领域已研究较多，而在火炸药燃烧催化领域却很少研究，并且已发现的MOFs材料大多不包含两种金属离子，尤其同时包含铅/铜离子和钾离子。因此，迫切需要设计并合成一种新型MOFs材料为武器装备使用固体推进剂的发展提供借鉴。

发明内容

本发明针对适用于固体推进剂的多功能MOFs缺乏的问题，提供了两种卟啉类多功能双金属有机框架材料，其可同时作为催化剂和消焰剂，有望应用于固体推进剂中，调节推进剂的燃烧性能，降低推进剂的特征信号。

本发明的目的之二是提供几种卟啉类多功能双金属有机框架材料的制备方法，本发明采用溶剂热法用于MOFs的制备合成。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种卟啉类多功能双金属有机框架材料，包含结构式(1)和/或结构式(2)的晶体化合物：

一种卟啉类多功能双金属有机框架材料，包含化学式式(1)和/或化学式(2)的晶体化合物：

化学式(1)为Pb₂K_3.33Cl_1.33(TCPP-Pb)₂(C₉₆H₄₄N₈O₁₆Cl_1.33K_3.33Pb₄)，其具有如图3所示的晶体结构；