一种基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料的制备方法，它涉及ZnO复合纳米材料的制备方法。它是要解决现有的单一ZnO催化剂催化高氯酸铵的热分解反应时分解速率慢的技术问题。本发明专利技术的纳米材料是以ZnO纳米球形粒子为核、以碳为壳的纳米球。制法：一、用醋酸锌溶解于二乙二醇反应制取上清液；二、再取醋酸锌溶解于二乙二醇，并加入上清液反应，得到ZnO纳米粒子；三、用2‑甲基咪唑与ZnO纳米粒子反应制备2‑甲基咪唑锌盐包覆的ZnO核壳结构球形粒子；四、煅烧，得到碳包覆ZnO核壳结构纳米材料。该材料催化AP的热分解时分解峰提前至293～295℃，表观分解热达到1420～1435J/g，可用于催化领域中。
【技术实现步骤摘要】
一种基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料及其制备方法
本专利技术涉及ZnO复合纳米材料及其制备方法。
技术介绍
固体推进剂是用于火箭推进的非均质含能复合材料，是战略导弹、战术导弹、防空反导等各类武器系统的动力源，其主要由高分子粘合剂、氧化剂、金属燃料及功能组分组成的一种含能材料。高氯酸铵作为固体推进剂中最重要的氧化剂之一，其约占固体推进剂总含量的25％以上，甚至高达70％。固体推进剂的热分解特性对其燃烧性能有重大影响，它一般是固体推进剂燃烧反应的基础和必经步骤，对于含量可高达70％的高氯酸铵，其热分解性能对高氯酸铵复合推进剂的燃烧过程具有重要的影响。目前常用一些纳米金属单质、金属氧化物等对高氯酸铵的热分解进行催化来达到有效地减低其热分解温度或提高分解速率的目的，其中氧化锌(ZnO)是一种新型的第三代半导体材料，在ZnO的制备过程中，控制制备条件来形成各种缺陷，缺陷以氧空位为主，这些缺陷具有很高化学活性，利用这种ZnO可以催化高氯酸铵的热分解反应，然而单一组分的ZnO催化剂仅仅提前了AP的热分解温度，而且放热峰的半峰宽很大，即分解速率慢。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的单一ZnO催化剂催化高氯酸铵的热分解反应时分解速率慢的技术问题，而提供一种基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料及其制备方法。本专利技术的基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料是以ZnO纳米球形粒子为核、以碳为壳的纳米球，纳米球的尺寸在400～750nm，碳壳的厚度为50～180nm。上述的基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料的制备方法，按以下步骤进行：一、将质量为M1的醋酸锌溶解于体积为V1的二乙二醇中，升温至160～165℃搅拌回流1～1.5h，然后冷却至室温，离心分离，收集上清液，其中上清液的体积为W1，且W1＝(50％～80％)V1；二、重新称取质量为M2的醋酸锌与体积为V2的二乙二醇，并将醋酸锌溶解于二乙二醇中，升温至140～145℃，加入体积为W2的步骤一得到的上清液，搅拌均匀后，再升温至160～165℃搅拌回流1～1.5h，然后冷却至室温，离心分离出固相物，洗涤、干燥后，得到球形ZnO纳米粒子；其中M1：V1＝M2：V2；三、取步骤二制备的球形ZnO纳米粒子加入到水中分散均匀，得到ZnO水分散液；将2-甲基咪唑溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，得到2-甲基咪唑溶液；将2-甲基咪唑溶液加入到ZnO水分散液中，混合均匀后，静置无扰动反应24～28h，离心分离，将固相物洗涤干净，真空干燥，得到2-甲基咪唑锌盐包覆的ZnO核壳结构球形粒子，记做ZnO@ZIF-8；2-甲基咪唑锌盐ZIF-8是一种金属锌有机骨架化合物；四、将2-甲基咪唑锌盐包覆的ZnO核壳结构球形粒子在氮气作为保护气氛下煅烧，煅烧温度为600～650℃，煅烧时间为3～3.5h，得到碳包覆ZnO核壳结构纳米材料。本专利技术采用二步法合成球形ZnO纳米粒子，先就通过步骤一得到含有“种子”的上清液，然后以该种子为核，合成粒径均匀的规则球型ZnO纳米粒子，再以规则球型ZnO纳米粒子为模板，在ZnO外表面制备金属有机骨架化合物ZIF-8，再经惰性气氛下煅烧使ZIF-8向内塌陷形成一种碳包覆人核壳结构的纳米材料，这种制备方法一方面提高了催化剂的分散性，让更多的活性位点得以暴露，另一方面碳优良的导电性可加速AP热分解过程中的电子转移，协同提高催化效果。可将AP的热分解平台合二为一，使AP的热分解的高温分解峰提前至293～295℃，表观分解热达到1420～1435J/g，使得AP热分解更加集中，分解温度大大降低，表观分解热获得了很大的提升。本专利技术在ZnO外表面制备金属有机骨架化合物ZIF-8的过程示意图如图1所示，图2为在ZnO外表面粘附ZIF-8的示意图。本专利技术的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料，成本低、制备简便、毒性小，可用于催化领域中。附图说明图1是本专利技术在ZnO外表面制备金属有机骨架化合物ZIF-8的过程示意图；图2是在ZnO外表面粘附ZIF-8的示意图；图3是实施例1制备的球形ZnO纳米粒子的低倍率SEM图；图4是实施例1经步骤二制备的球形ZnO纳米粒子的高倍率SEM图图5是实施例1制备的ZnO@ZIF-8的低倍率SEM图；图6是实施例1制备的ZnO@ZIF-8的高倍率SEM图；图7是实施例1制备的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料的低倍率SEM图；图8是实施例1制备的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料的高倍率SEM图；图9是实施例1制备的ZnO@ZIF-8的XRD谱图；图10是实施例1制备的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料的的XRD谱图；图11是实施例1中利用ZnO做催化剂的AP热分解性能分析曲线图。图12是实施例1中利用碳包覆ZnO核壳结构纳米材料做催化剂的AP热分解性能分析曲线图。图13是实施例2制备的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料的SEM图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料是以ZnO纳米球形粒子为核、以碳为壳的纳米球，纳米球的尺寸在400～750nm，碳壳的厚度为50～180nm。具体实施方式二：上述的基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料的制备方法，按以下步骤进行：一、将质量为M1的醋酸锌溶解于体积为V1的二乙二醇中，升温至160～165℃搅拌回流1～1.5h，然后冷却至室温，离心分离，收集上清液，其中上清液的体积为W1，且W1＝(50％～80％)V1；二、重新称取质量为M2的醋酸锌与体积为V2的二乙二醇，并将醋酸锌溶解于二乙二醇中，升温至140～145℃，加入体积为W2的步骤一得到的上清液，搅拌均匀后，再升温至160～165℃搅拌回流1～1.5h，然后冷却至室温，离心分离出固相物，洗涤、干燥后，得到球形ZnO纳米粒子；其中M1：V1＝M2：V2；三、取步骤二制备的球形ZnO纳米粒子加入到水中分散均匀，得到ZnO水分散液；将2-甲基咪唑溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，得到2-甲基咪唑溶液；将2-甲基咪唑溶液加入到ZnO水分散液中，混合均匀后，静置无扰动反应24～28h，离心分离，将固相物洗涤干净，真空干燥，得到2-甲基咪唑锌盐包覆的ZnO核壳结构球形粒子，记做ZnO@ZIF-8；2-甲基咪唑锌盐ZIF-8是一种金属锌有机骨架化合物；四、将2-甲基咪唑锌盐包覆的ZnO核壳结构球形粒子在氮气作为保护气氛下煅烧，煅烧温度为600～650℃，煅烧时间为3～3.5h，得到碳包覆ZnO核壳结构纳米材料。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中醋酸锌溶于二乙二醇后，醋酸锌的浓度为0.1～0.2mol/L；其它与具体实施方式二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤一中醋酸锌溶于二乙二醇后，醋酸锌的浓度为0.1～0.2mol/L；其它与具体实施方式二或三相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤一中离心分离的转速是8000～10000转/分，离心分离的时间为8～10min；其它与具体实施方式二至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤一中离心分离的转速是9000转/分，离心分离的时间为9min；其它与具体实施方式二至本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料，其特征在于该材料是以ZnO纳米球形粒子为核、以碳为壳的纳米球，纳米球的尺寸为400～750nm，碳壳的厚度为50～180nm。
【技术特征摘要】
1.一种基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料，其特征在于该材料是以ZnO纳米球形粒子为核、以碳为壳的纳米球，纳米球的尺寸为400～750nm，碳壳的厚度为50～180nm。2.一种基于MOFs的碳包覆ZnO核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于该方法，按以下步骤进行：一、将质量为M1的醋酸锌溶解于体积为V1的二乙二醇中，升温至160～165℃搅拌回流1～1.5h，然后冷却至室温，离心分离，收集上清液，其中收集的上清液体积为W1，W1＝(50％～80％)V1；二、重新称取质量为M2的醋酸锌与体积为V2的二乙二醇，并将醋酸锌溶解于二乙二醇中，升温至140～145℃，加入体积为W2的步骤一得到的上清液，搅拌均匀后，再升温至160～165℃搅拌回流1～1.5h，然后冷却至室温，离心分离出固相物，洗涤、干燥后，得到球形ZnO纳米粒子；其中M1：V1＝M2：V2；三、取步骤二制备的球形ZnO纳米粒子加入到水中分散均匀，得到ZnO水分散液；将2-甲基咪唑溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，得到2-甲基咪唑溶液；将2-甲基咪唑溶液加入到ZnO水分散液中，混合均匀后，静置无扰动反应24～28h，离心分离，将固相物洗涤干净，真空干燥，得到2-甲基咪唑锌盐包覆的ZnO核壳结构球形粒子，记做ZnO@ZIF-8...
【专利技术属性】
技术研发人员：李杨，吴晓宏，乔亚东，秦伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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