[发明专利]金属离子掺杂Fe2

说明书

本发明提出一种金属离子掺杂Fe₂O₃催化材料的制备方法，包括步骤：(1)将三价铁盐溶解于乙醇和/或H₂O的溶剂中，不断搅拌，至分散均匀；(2)将金属盐加入步骤(1)所得的分散液中继续搅拌，至分散均匀；(3)将CH₃COONa加入分散液中继续搅拌，至分散均匀；(4)将混合溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，封装后放入烘箱中进行反应；(5)自然冷却到室温，用水和乙醇清洗。本发明还提出所述的Fe₂O₃催化材料在催化高氯酸铵热分解反应中的应用。本发明提出的金属离子掺杂Fe₂O₃纳米材料的制备过程工艺简单、重复性好，掺杂原料Cu²⁺、Zn²⁺等廉价易得，有较高的应用前景和使用价值。

技术领域

本发明属于催化材料领域，具体涉及一种金属掺杂的催化材料的制备方法。

背景技术

高氯酸铵(NH₄ClO，简称AP)在常温下为白色斜方晶体，当受热温度超过150摄氏度时，开始分解过程。AP的热分解分三个阶段， 350℃以下的低温分解和350～450℃的升华和高温分解。高氯酸铵是复合固体火箭推进剂的重要氧化剂和高能组分，其燃烧和热分解性能对固体火箭推进剂的燃烧过程具有重要影响。对AP热分解性能的改善包括降低它的分解温度，尤其是降低它的高温分解温度，同时增加分解热量，提高热分解速率，提高热分解反应的激烈程度。

通过添加少量催化剂改善AP的热分解性能是行之有效的方法之一。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，例如氧化铁(III)、一氧化铅(II) 纳米材料等，可以使AP高温分解温度下降40～80℃不等。赤铁矿(α-Fe₂O₃)，是氧化铁(III)的主要矿物形式，在自然界分布极广。α-Fe₂O₃具有成本低廉、抗腐蚀性优良和污染性小等优点，在无机催化剂方面具有广泛的应用前景。近年来，关于不同形貌α-Fe₂O₃合成与催化性能、α-Fe₂O₃与碳材料复合材料制备与催化等研究非常活跃。除此之外，掺杂也是提高材料理化性能的方法之一。与金属离子掺杂可以降低材料禁带宽度、提高氧化铁(III)材料的导电性和电化学性能(马荣伟等，《纳米技术》，2014，4(2):22-29；Lu,Guixia,et al. Electrochimica Acta,2014,117:230-238)。具体作为高氯酸铵燃烧反应的促进材料，氧化铁(III)也有望通过掺杂金属离子进一步提高其催化性能。

发明内容

针对本领域研究现状，本发明的目的在于提供一种基于金属离子掺杂纳米Fe₂O₃的催化材料及其制备方法，为高氯酸铵的热分解提供一种新型高效的催化剂。

本发明的另一目的是提出所述催化剂的应用。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种金属离子掺杂Fe₂O₃催化材料的制备方法，包括步骤：

(1)将三价铁盐溶解于乙醇和/或H₂O的溶剂中，不断搅拌，至分散均匀；

(2)将金属盐加入步骤(1)所得的分散液中继续搅拌，至分散均匀；所述金属盐为CuCl₂、ZnCl₂、CuSO₄、ZnSO₄、CoSO₄、NiSO₄中的一种或两种；

(3)将CH₃COONa加入步骤(2)所得的分散液中继续搅拌，至分散均匀；