C納米燃燒催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種材料的制備方法，特別是八面體結構SnO2OC納米顆粒的制備方 法。
【背景技術】
[0002] 含黑索今的改性雙基推進劑是火箭和導彈所用的一類高能燃料，但存在燃速較 低、壓強指數較高等缺點，需要加入燃燒催化劑來調節燃燒性能，其作用主要是：1)改變推 進劑在低壓燃燒時的化學反應速度；2)降低推進劑燃速受壓力、溫度影響的敏感程度；3) 改善推進劑的點火性能；4)提高推進劑的燃燒穩定性；5)調節推進劑燃速，實現發動機設 計的不同推力方案。
[0003] 研究表明，黑索今的分解放熱主要發生在氣相反應階段，因此氣敏型材料將有可 能對于改善其燃燒性能具有一定幫助。二氧化錫作為一種常見的氣敏型半導體金屬氧化 物，已廣泛應用在氣體傳感器，光催化等領域，但其催化活性主要發生在具有高表面能以及 表面配位數不足的高指數晶面上。如廈門大學謝兆雄等人曾經報道過，具有八個[221]晶 面的八面體二氧化錫在乙醇氧化反應中表現出極高的催化活性，而其他結構的二氧化錫則 無此效果。因此，將這類具有高指數晶面的氣敏型納米材料用做燃燒催化劑有望提升黑索 今的熱分解性能。但這類材料因其表面能較高而容易發生團聚，使比表面積下降，影響催化 效果。因此，研究同時具有較高表面能且不易發生團聚的納米二氧化錫將對提升含能化合 物的熱分解效率帶來幫助，進而滿足固體推進劑發展的需要。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是針對【背景技術】中存在的不足，提供一種能大幅提高雙 基推進劑主要組分RDX熱分解性能的八面體SnO2OC納米結構燃燒催化劑的制備方法。
[0005] 本發明的思路是：多巴胺因良好的表面吸附特性以及環境友好性可以在材料表面 形成均勻吸附實現對材料表面的包覆。進一步通過氮氣保護下的高溫煅燒，可以使多巴胺 轉化為碳，進而實現對材料的表面碳包覆。這種方法可以有效的防止納米材料的團聚現象， 提高納米催化劑的比表面積，進而提升其催化性能。本方法中制備的八面體SnO 2OC納米結 構，其比表面積較未包覆的八面體SnO2納米結構比表面積有顯著的提升，同時由于八面體 結構的高活性[221]晶面的存在，對于RDX熱分解過程的催化效率較傳統球形SnO 2納米顆 粒有所提高，從而為進一步提高推進劑的燃燒性能提供了理論基礎。
[0006] 本發明提供的一種八面體SnO2OC納米結構燃燒催化劑的制備方法，包括以下步 驟：
[0007] (1)八面體SnO2OPDA的制備
[0008] 稱取四氯化錫放入燒杯中，然后按體積比1:1量取乙醇和蒸餾水倒入燒瓶中，加 入表面包覆劑，表面包覆劑與四氯化錫的摩爾比為1:20~80,攪拌分散，同時滴加濃鹽酸， 鹽酸與蒸餾水的體積比為1:10繼續攪拌至四氯化錫完全溶解，溶液透明澄清，然后將溶液 轉移至水熱反應釜中，180~200°C水熱反應12~18小時，冷卻至室溫后，將反應釜中的沉 淀以及溶液全部轉移至燒杯中，攪拌分散同時調節pH至8~10,繼續攪拌6小時以上，收集 沉淀產物，用去離子水和乙醇洗滌若干次，直到洗滌溶液的pH呈中性，空氣干燥，得到八面 體 SnO2OI3DA ;
[0009] (2)八面體SnO2OC的制備
[0010] 將八面體SnO2OPDA置于氮氣氣氛下，600~800°C (優選為600°C )煅燒4小時以 上（優選4~6h)，冷卻至室溫后，收集產物，得到八面體SnO2OC納米結構。
[0011] 所述的表面包覆劑為多巴胺，左旋多巴（DOPA)或多巴胺鹽酸鹽中的一種。
[0012] 本發明的優選方案，包括以下步驟：
[0013] (1)八面體SnO2OPDA的制備
[0014] 稱取四氯化錫放入燒杯中，然后按體積比1:1量取乙醇和蒸餾水倒入燒瓶中，加 入D0PA，攪拌分散，同時緩慢滴加濃鹽酸（鹽酸與蒸餾水的體積比為1:5)，繼續攪拌30min， 然后將溶液轉移至以聚四氟乙烯材料為內膽的水熱反應釜中，180°C水熱反應12小時，冷 卻至室溫后，將反應釜中的沉淀以及溶液全部轉移至燒杯中，攪拌分散同時調節pH至8. 5， 繼續攪拌12小時，收集沉淀產物，用去離子水和乙醇洗滌若干次，直到洗滌溶液的pH呈中 性，60°C空氣干燥，得到八面體SnO 2OPDA ;其中PDA與四氯化錫的摩爾比為1:20~1:80 ;
[0015] (2)八面體SnO2OC的制備
[0016] 將的八面體SnO2OPDA置于氮氣氣氛下，600°C煅燒4小時（升溫速率為3°C /min)， 冷卻至室溫后，收集產物，得到八面體SnO2OC納米結構，的尺寸為200~400nm，碳膜厚度為 10 ~25nm〇
[0017] 本發明的有益效果：
[0018] 本發明成功制備出了一種八面體SnO2OC納米結構。該納米結構具有高活性的 [221]晶面，且表面碳包覆有效地提高了材料的比表面積，因而對黑索今具有較好的催化 熱分解作用。在相同實驗條件下測得八面體SnO 2OC納米結構使黑索今的分解峰溫提前了 28°C，而普通SnO2納米顆粒僅僅使黑索今的分解峰溫提前了 4°C。
【附圖說明】
[0019] 圖1為制得的八面體SnO2OC結構的SEM照片。
[0020] 圖2為制得的八面體SnO2OC結構的XRD花樣。
[0021] 圖3為制得的八面體SnO2OC結構的TEM照片。
[0022] 圖4為制得的八面體SnO2OC結構的高倍TEM照片。
[0023] 圖5為制得的八面體SnO2OPDA結構的EDS譜圖。
[0024] 圖6為制得的八面體SnO2OC結構的EDS譜圖
[0025] 圖7為制得的八面體SnO2OC結構對RDX熱分解催化性能測試的DSC譜圖
【具體實施方式】
[0026] 下面結合實施例對本發明做進一步的說明。
[0027] 實施例1
[0028] 稱取3. 5g SnCl4,0· 2g DOPA加入30ml無水乙醇以及30ml雙蒸水組成的混合溶 液中，攪拌分散同時緩慢加入6ml濃鹽酸，繼續攪拌30min，然后將溶液轉移至100mL容量的 聚四氟乙烯材料為內膽的水熱反應釜中，180°C水熱反應12小時，冷卻至室溫后，將反應釜 中的沉淀以及溶液全部轉移至燒杯中，攪拌分散同時調節pH至8. 5，繼續攪拌12小時，收集 沉淀產物，用去離子水和乙醇洗滌若干次，直到洗滌溶液的pH呈中性，60°C空氣干燥，得到 八面體SnO 2OPDA。
[0029] 將收集到的八面體SnO2OPDA置于氮氣氣氛下，600 °C煅燒4小時（升溫速率 為3°C /min)，冷卻至室溫后，收集產物，得到八面體