本文關(guān)鍵詞：石墨相氮化碳及其納米復(fù)合材料的制備與其在催化高氯酸銨熱分解中的應(yīng)用研究

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【摘要】：高氯酸銨(AP)是一種廣泛應(yīng)用的強(qiáng)氧化劑,其分解性能決定了推進(jìn)劑的整體燃燒性能。此外,AP的熱分解受催化劑影響顯著,通過(guò)研究催化劑對(duì)AP熱分解性能影響的規(guī)律,可以評(píng)估催化劑對(duì)AP基推進(jìn)劑整體燃燒性能的影響。本論文研究工作主要體現(xiàn)在兩方面:(1)石墨相氮化碳(g-C_3N_4)制備、表征及其在催化AP熱分解中的應(yīng)用;(2)g-C_3N_4基復(fù)合材料的制備與其在催化AP熱分解中的應(yīng)用。工作內(nèi)容如下:采用高溫?zé)Y(jié)法制備g-C_3N_4、TeO_2 NPs/g-C_3N_4和Sn O2 NPs/g-C_3N_4復(fù)合材料并創(chuàng)造性地應(yīng)用于AP的催化熱分解。通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)表征了其形貌和粒徑,X-射線衍射(XRD)、X-射線光電子能譜(XPS)表征其晶型結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成,傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、紫外分光光度計(jì)(UV-vis)表征其鍵合方式,熱重(TG-TGA)、差示熱分析(DTA)、差示掃描量熱(DSC)、熱重-紅外聯(lián)用光譜(TG-FTIR)分析AP的熱分解過(guò)程。結(jié)果表明,各種催化劑在不同程度上都可以催化AP熱分解。多層狀的宏觀相g-C_3N_4使AP的第二分解峰下降70°C,TeO_2 NPs/g-C_3N_4和SnO_2 NPs/g-C_3N_4復(fù)合材料均可以使AP的第二分解峰下降100°C度左右。研究了添加不同質(zhì)量比(1wt%,3 wt%,5 wt%,10 wt%)的催化劑對(duì)催化AP熱分解的影響,結(jié)果表明,10 wt%催化劑的催化效果最佳。對(duì)不同升溫速率下(5°C?min~(-1),10°C?min~(-1),15°C?min~(-1),20°C?min~(-1),25°C?min~(-1))g-C_3N_4對(duì)催化AP熱分解的研究表明,AP的活化能(Ea=119.8 k J?mol)遠(yuǎn)低于純AP的活化能(Ea=216.0 k J?mol)、表觀分解熱(1362.2J?g~(-1))遠(yuǎn)高于純AP(574.2 J?g~(-1))。AP熱分解的氣相產(chǎn)物主要通過(guò)TG-FTIR測(cè)定,結(jié)果為:H_2O(g)(3400-3650cm~(-1)),NH_3(1650-1620 cm~(-1)),HCl(1750-3000 cm~(-1)),N_2O,NO_2(2202-2238,1380-1320,840-800 cm~(-1))和ClO_3(1000-900 cm~(-1))。在g-C_3N_4作用下,AP熱分解峰值在380°C,對(duì)應(yīng)的氣體經(jīng)過(guò)三維紅外光譜在390°C下被證實(shí),分解峰溫度的延遲主要是由于TG分解產(chǎn)物要經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入紅外檢測(cè)器。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,提出一個(gè)可能的AP催化熱分解機(jī)理。g-C_3N_4表面是由含有氨基的三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)連接而成,其禁帶寬度只有2.7eV(1.4 eVvs-1.3 eV)。g-C_3N_4表面氨基和AP第一分解產(chǎn)物高氯酸通過(guò)路易斯酸-堿相互作用,使AP分解的平衡方程不斷地向分解產(chǎn)物一方移動(dòng)。另外,價(jià)帶上的電子在熱激發(fā)下會(huì)遷移到導(dǎo)帶上,因此,價(jià)帶和導(dǎo)帶上會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)氧化性的空穴和還原性的電子,高氯酸分子和氨氣分子在電子和空穴的作用下會(huì)進(jìn)一步分解成小分子,從而加速AP的分解。
【關(guān)鍵詞】：g-C_3N_4 高氯酸銨 熱分解 禁帶寬度 路易斯酸-堿作用
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V51;TB332
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-25
• 1.1 含能材料簡(jiǎn)介10-11
• 1.2 納米材料簡(jiǎn)介11-12
• 1.3 高氯酸銨 (AP) 的特性及其熱分解12-13
• 1.3.1 AP的晶體結(jié)構(gòu)12
• 1.3.2 AP的熱分解12
• 1.3.3 AP熱分解的催化機(jī)理12-13
• 1.4 過(guò)渡金屬氧化物在催化AP分解中的研究現(xiàn)狀13-18
• 1.4.1 單一組分氧化物對(duì)AP催化分解的研究13-16
• 1.4.2 納米復(fù)合材料在催化AP分解中的研究16-18
• 1.5 石墨相氮化碳 (g-C_3N_4) 的發(fā)展現(xiàn)狀18-23
• 1.5.1 g-C_3N_4自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)18-20
• 1.5.2 g-C_3N_4及其納米復(fù)合材料在光催化化學(xué)中的應(yīng)用研究20-23
• 1.6 本論文的研究意義和工作內(nèi)容23-25
• 1.6.1 研究意義23-24
• 1.6.2 工作內(nèi)容24-25
• 2 宏觀g-C_3N_4及其量子點(diǎn)的制備與其催化性質(zhì)研究25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 試劑與儀器25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容26-27
• 2.3.1 宏觀g-C_3N_4的制備26
• 2.3.2 g-C_3N_4量子點(diǎn)的制備26-27
• 2.4 結(jié)果與討論27-39
• 2.4.1 宏觀g-C_3N_4及其量子點(diǎn)的表征27-31
• 2.4.2 宏觀g-C_3N_4催化AP熱分解的研究31-39
• 2.5 本章小結(jié)39
• 3 TeO_2NPs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備及其催化性能研究39-51
• 3.1 試劑與儀器39-40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容40-41
• 3.2.1 TeO_2 NPs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備40-41
• 3.3 結(jié)果與討論41-51
• 3.3.1 TeO_2 NPs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料表征41-46
• 3.3.2 TeO_2 NPs/g-C_3N_4催化AP熱分解的研究46-51
• 3.4 本章小結(jié)51
• 4 SnO_2NPs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備及其催化性能研究51-64
• 4.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器51-52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容52-53
• 4.2.1 SnO_2 NPs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的制備52-53
• 4.3 結(jié)果與討論53-63
• 4.3.1 SnO_2 NPs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料的表征53-57
• 4.3.2 SnO_2 NPs/g-C_3N_4納米復(fù)合材料在催化AP熱分解中的研究57-62
• 4.3.3 SnO_2 NPs/g-C_3N_4復(fù)合材料催化AP的分解機(jī)理62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果76

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本文編號(hào)：745455