多孔过渡金属氧化物纳米材料的制备及其对高氯酸铵的催化性能研究

摘要

纳米材料因其独特的性能在生物医药、环境治理、新型能源、电子信息以及航空航天领域表现出良好的应用前景。高氯酸按是复合固体火箭推进剂中常用的氧化剂，它的热分解性能对固体推进剂的燃烧过程有很大的影响。因此，近年来高氯酸铵的催化热分解受到了极大的关注。过渡金属氧化物纳米材料作为催化剂，能够有效催化高氯酸铵的热分解。高氯酸铵的热分解机理主要有质子转移理论和电子转移理论两种。本文中，首先通过水热法和直接沉淀法获得前驱体，然后将所得的前驱体煅烧，制备出了具有较大比表面积和孔体积的NiO，Co3O4和NiCo2O4等多孔过渡金属氧化物纳米材料，并探究了这些过渡金属氧化物纳米材料在高氯酸铵热分解过程中的催化活性。本文研究内容如下:
　　采用水热-热分解法得到具有特殊形貌的多孔过渡金属氧化物纳米颗粒。当反应物中Ni/Co的摩尔比分别是1∶0，0∶1和1∶2时制得的纳米材料分别是NiO，Co3O4和NiCo2O4，其比表面积和孔体积分别为54 m2 g-1和121 mm3 g-1，26 m2g-1和106 mm3 g-1，69 m2 g-1和157 mm3 g-1。通过分析TG-DSC热分析数据，NiO，Co3O4和NiCo2O4纳米颗粒能够使高氯酸铵的放热峰温度分别降低至331.2，308.8和335.1℃，催化效果最好的是比表面积和孔体积最小的Co3O4纳米颗粒。进一步讨论了NiO，Co3O4和NiCo2O4纳米颗粒在高氯酸铵热分解过程中的催化机理。
　　另外本文还采用室温搅拌法制备草酸钴前驱体，经过煅烧处理得到Co3O4纳米材料。通过调节反应溶剂中DMF和水的配比，合成微米棒状、纺锤状结构、纳米棒束状、纳米棒状Co3O4纳米材料，其比表面积和孔体积分别为41 m2 g-1和190 mm3 g-1，61 m2 g-1和226 mm3 g-1，61 m2 g-1和241 mm3 g-1，82 m2 g-1和277mm3 g-1。各种形貌的Co3O4纳米材料能够将高氯酸铵的放热峰温度分别降低到305.1，299.7，297.4和296.2℃。催化活性最高的是比表面积和孔体积最大的Co3O4纳米棒。根据上述实验结果，影响多孔过渡金属氧化物纳米颗粒催化活性的因素有化学特性、颗粒尺寸、比表面积、孔体积等因素。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 过渡金属氧化物纳米材料的制备方法

1．1．1 气相法

1．1．2 液相法

1．1．3 固相法

1．2 高氯酸铵及其热分解

1．2．1 高氯酸铵

1．2．2 高氯酸铵的热分解

1．2．3 高氯酸铵的热分解机理研究

1．3 纳米催化剂对高氯酸铵热分解催化性能的研究现状

1．3．1 纳米金属对高氯酸铵的热分解催化性能

1．3．2 纳米稀土氧化物对高氯酸铵的热分解催化性能

1．3．3 纳米过渡金属氧化物对高氯酸铵的热分解催化性能

1．5 本课题的主要研究内容

第二章 多孔NiO，Co3O4和NiCo2O4纳米颗粒的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能研究

2．1 实验原料与设备

2．2 NiO，Co3O4和NiCo2O4纳米颗粒的制备和表征

2．2．1 NiO，Co3O4和NiCo2O4纳米颗粒的制备过程

2．2．2 NiO，Co3O4和NiCo2O4纳米颗粒的表征

2．2．3 NiO，Co3O4和NiCo2O4纳米颗粒的催化性能

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 所制备样品的结构和形貌

2．3．2 高氯酸铵的催化热分解

2．3．3 NiO、Co3O4和NiCo2O4对高氯酸铵热分解的催化机理

本章小结

第三章 不同形貌纳米Co3O4的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能研究

3．1 实验原料与设备

3．2 不同形貌CO3O4纳米颗粒制备和表征

3．2．1 不同形貌Co3O4纳米颗粒制备过程

3．2．2 Co3O4纳米颗粒及其草酸钴前驱体表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 草酸钴前驱体的结构和形貌

3．3．2 Co3O4纳米材料的结构和形貌

3．3．3 不同形貌的Co3O4纳米材料对高氯酸铵热分解的催化性能

本章小结

第四章 结论和展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文