/CuO復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種g_C3N4/CuO復(fù)合材料的制備方法，以及將其用于催化分解高氯酸銨(AP)，屬于材料制備及含能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]g_C3N4具有類石墨型層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間存在大量自由移動(dòng)的電子，具有非常優(yōu)異的導(dǎo)電性能。同時(shí)，g_C3N4具有活性中心點(diǎn)多、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、導(dǎo)電性能高、環(huán)境友好等特點(diǎn)，在環(huán)境、能源和化工等領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用前景。g_C3N4不僅可作為光催化劑用于光催化裂解水制氫、降解有機(jī)污染物等方面，還可作為多相催化劑用于CO2活化反應(yīng)、Knoevenagel縮合反應(yīng)等方面。
[0003]為了提高g_C3N4的催化活性，可采用微觀結(jié)構(gòu)及形貌控制、N原子缺陷、化學(xué)摻雜改性、物理復(fù)合改性等方法。其中，g_C3N4與T1 2、W03、ZnWO4等金屬氧化物材料復(fù)合能顯著提高其光催化活性。例如，Sun等【Sun L M, et al.Journal of MaterialsChemistry, 2012，22，23428】采用混合煅燒法制備出8-(^4-211104復(fù)合材料，與純g_C 3N4和純ZnWO4催化劑相比，g-C 3N4-ZnW04復(fù)合材料對(duì)MB具有更高的可見光催化活性。
[0004]高氯酸銨(AP)是端羥基丁二烯(HTPB)復(fù)合固體推進(jìn)劑中的高能組分，它在推進(jìn)劑中占60 %?80 %的比例，其熱分解特性與推進(jìn)劑的燃燒性能密切相關(guān)，通過研宄催化劑對(duì)AP熱分解的催化作用可推測(cè)推進(jìn)劑的燃燒性能。在固體推進(jìn)領(lǐng)域，納米CuO是一種重要的燃速催化劑，對(duì)高氯酸銨(AP)的熱分解催化效果明顯。例如，張等【張智宏，等.固體火箭技術(shù)，2010, 33，564】利用固相反應(yīng)法制備出納米CuO用于催化分解高氯酸銨，研宄表明CuO使AP的高溫分解溫度降低了 113.1°C，表觀分解熱增加了 110%。研宄發(fā)現(xiàn)，g_C3N4對(duì)AP的熱分解表現(xiàn)出良好的催化效果?；谝陨戏治?，為了進(jìn)一步提高g_C3N4的催化效果，將其與對(duì)AP有良好作用效果的CuO進(jìn)行復(fù)合制備出g_C3N4/CuO復(fù)合材料，可以有效提高催化劑催化活性，使高氯酸銨(AP)在更低的溫度下分解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種g_C3N4/CuO復(fù)合材料及其制備方法，以及將其用于催化分解高氯酸銨(AP)。
[0006]本為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明所提供的g_C3N4/CuO復(fù)合材料由質(zhì)量比為99:5?80:20的g_C3N4和CuO復(fù)合而成；g_C3N4作為支撐載體，CuO顆粒沉積在g-C 3N4的表面形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明還提供了一種g_C3N4/CuO復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將三聚氰胺或尿素經(jīng)煅燒、冷卻、研磨得淡黃色g_C3N4粉末；
(2)將g_C3N4和Cu(NO3)2CH2O放入乙醇溶液中超聲分散，超聲分散均勾，超聲過程中不斷攪拌；
(3)將步驟(2)的混合液放入瑪瑙研缽中研磨至糊狀，放入烘箱中烘干，得到g_C3N4/Cu (NO3)2前驅(qū)體；
(4)將步驟(3)的混合物放入管式爐中煅燒即可得g_C3N4/CuO復(fù)合材料。
[0008]所述步驟(2)中超聲分散時(shí)間為10?30 min, g_C3N4與Cu (NO 3)2.3Η20的質(zhì)量比為 15.1:95 ?60.4:80。
[0009]所述步驟(3)中研磨時(shí)間為10?60 min。
[0010]所述步驟(3)中干燥的溫度為40?70 °C，干燥時(shí)間為30 min?90 min。
[0011]所述步驟(4)中焙燒采用管式爐，焙燒溫度為250?500 °C，焙燒時(shí)間為3?6 h。
[0012]本發(fā)明還提供了一種g_C3N4/CuO復(fù)合材料的應(yīng)用，所述的g_C3N4/CuO復(fù)合材料用于催化分解高氯酸銨。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
(I)采用g-C3N4為支撐載體，將CuO顆粒沉積在其表面，降低了 CuO的團(tuán)聚幾率，提供了較大的比表面積和較多的活性中心，有效提高了催化高氯酸銨(AP)熱分解的活性。
[0014](2) g_C3N4和CuO形成異質(zhì)結(jié)，具有更強(qiáng)的電子轉(zhuǎn)移和傳導(dǎo)能力，在氧化還原循環(huán)中進(jìn)一步加速電子轉(zhuǎn)移，使高氯酸銨(AP)在更低的溫度下分解。
[0015](3)本發(fā)明方法原料來(lái)源廣泛，制備工藝操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，制備速度快，制備效率高，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，在含能材料領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1制備的g_C3N4和實(shí)施例4制備的g-C 3N4/CuO復(fù)合材料的XRD曲線。
[0017]圖2為實(shí)施例1制備的g_C3N4的透射電子顯微鏡圖。
[0018]圖3為實(shí)施例2制備的g_C3N4/CuO復(fù)合材料的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡圖。
[0019]圖4為實(shí)施例3制備的g_C3N4/CuO復(fù)合材料的FT-1R曲線。
[0020]圖5為實(shí)施例5、實(shí)施例6和實(shí)施例7的高氯酸銨熱分解曲線。
[0021 ]圖6為本發(fā)明一種g_C3N4/CuO復(fù)合材料的制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]實(shí)施例1制備g-C3N4
稱取5g三聚氰胺放入陶瓷坩禍中(蓋上坩禍蓋)，在馬弗爐中以50°C /min升溫到5000C，在這個(gè)溫度下保溫焙燒I h，接著5min內(nèi)快速升溫到520°C，保溫焙燒I h，冷卻研磨得黃色粉末樣品。
[0024]將實(shí)施例1的方法制備的材料，經(jīng)X-射線衍射儀掃描后，見圖1，為g_C3N4。
[0025]將實(shí)施例1的方法制備的材料，經(jīng)透射電子顯微鏡觀察，見圖2，制備的材料為具有層狀結(jié)構(gòu)的g_C3N4。
[0026]實(shí)施例2制備g_C3N4/CuO復(fù)合材料
如圖6所示，一種g_C3N4/CuO復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)按照實(shí)施例1的方法制備出石墨相氮化碳(g_C3N4)； (2)將0.95 g的g-C3N4和0.151 g的Cu (NO 3) 2.3Η20放入乙醇溶液中超聲分散10 min,超聲過程中不斷攪拌；
(3)將步驟(2)的混合液放入瑪瑙研缽中研磨10min至糊狀，放入烘箱中40 °0烘90
min ；
(4)將步驟(3)的混合物放入管式爐中500°C煅燒3 h即可得g-C3N4/CuO復(fù)合材料，其中，g_C3N4和CuO的質(zhì)量比為95:5。
[0027]按實(shí)施例2制備的g_C3N4/CuO復(fù)合材料經(jīng)透射電子顯微鏡觀察后，見圖3，CuO均勻沉積在g_C3N4表面。
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