一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法技术

一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，将硝酸铁与硝酸镧溶于乙醇和水的混合溶剂中，然后加入柠檬酸，在高压反应釜中180～190℃反应24小时，过滤后再煅烧，得到铁酸镧；将所得铁酸镧分散于去离子水中，加入高锰酸钾，在水热反应釜中160～180℃反应12～14小时，洗涤、干燥，得到核壳结构核壳状纳米复合金属氧化物。本发明专利技术所制备的核壳MnO2@LaFeO3具有较高的催化活性，可作为固体推进剂燃速调节剂。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法
本专利技术涉及一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，属于材料制备
，该复合金属氧化物可作为固体推进剂的燃烧催化剂。
技术介绍
固体推进剂在航天与军事技术等研究领域占据十分重要的作用。目前，固体推进剂的发展朝着高能、钝感、低特征信号及环保方向发展。高氯酸铵(AP)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)是固体推进中常用的氧化剂，它们的热分解性能与推进剂燃烧行为直接相关，其热分解温度和表观活化能越低，推进剂燃烧速率越高。研究者起初致力于研究单金属氧化物(如Fe2O3、CuO2、MnO2和Cr2O3等)作为燃烧催化剂。近期，国内外研究学者相继报道了复合金属氧化物如CoFe2O4、CuFe2O4、MgWO4和BiWO4作为燃烧催化剂。研究结果显示复合金属氧化物的催化效果优于单一金属氧化物，也优于两种单金属氧化物的简单物理混合。复合金属氧化物是指由两种以及两种以上不同金属组成的金属氧化物，因不同金属之间相互作用，可在一定程度上产生“协同作用”，从而产生更好的催化效果。稀土复合金属氧化物ABO3属于典型的钙钛矿型，近年来被应用于诸多领域，如光学、磁学和电化学领域，但在推进剂中的报道较少。LaFeO3作为钙钛矿复合金属氧化物的一种，耐酸碱，有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，作为一种新型的功能材料，具有潜在的催化应用价值。在LaFeO3结构中，金属镧具有稀土金属的特殊功能，在整个结构中起助催化剂和稳定结构的作用。过渡金属铁起到主催化剂并与助催化剂共同作用，达到更好的催化效果。专利技术人实验组设计合成了LaFeO3球状颗粒，然而，由于复合金属氧化物颗粒尺寸较大，导致催化性能在一定程度上有所影响。如何充分提高其催化性能成为了一大难题。核壳结构复合材料是指利用物理或者化学方法在颗粒的表面包覆一层其它异质材料，从而得到双层或者多层的特殊结构。通过core-shell结构的设计，既能有效地保护内核颗粒不发生变化，同时还能够改善内核材料的表面性能。由于内核材料和壳层材料为不同化学组分，核壳复合材料的性质也会与单一组分有所不同，可以成功实现不同材料的复合和互补。对核壳结构纳米复合材料进行设计和微观调控，是优化其性能的一种有效手段，最后得到呈现出独特的热、电、催化等性能的新型功能材料。现有技术中大多是单金属氧化物用作燃烧催化剂，催化性能较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，将硝酸铁与硝酸镧溶于乙醇和水的混合溶剂中，然后加入柠檬酸，在高压反应釜中180～190℃反应24小时，过滤后再煅烧，得到铁酸镧；将所得铁酸镧分散于去离子水中，加入高锰酸钾，在水热反应釜中160～180℃反应12～14小时，洗涤、干燥，得到核壳结构核壳状纳米复合金属氧化物。本专利技术进一步的改进在于，硝酸铁与硝酸镧的物质的量的比为1:(1～1.2)。本专利技术进一步的改进在于，乙醇和水的混合溶剂中乙醇和水的体积比为(2～2.1):1。本专利技术进一步的改进在于，硝酸镧与乙醇和水的混合溶剂的比为1.948g：90mL。本专利技术进一步的改进在于，硝酸镧与柠檬酸的比为1.948g：0.08mol。本专利技术进一步的改进在于，铁酸镧与去离子水的比为100mg：30mL。本专利技术进一步的改进在于，铁酸镧与高锰酸钾的质量比1:(1.42～1.5)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过先制备铁酸镧，再将制备好的LaFeO3分散在100mL水溶液中，加入高锰酸钾进行水热反应，离心、洗涤，所得黑色沉淀物为核壳结构MnO2@LaFeO3复合材料。该材料能够作为含能材料AP、HMX以及CL-20热分解催化剂的应用。本专利技术具体具有以下优点：(1)上述制备的核壳结构MnO2@LaFeO3中，LaFeO3表面均有效的生长蜂窝状MnO2，通过BET比表面积测试表明，单独的LaFeO3的比表面积是46.69m2/g，核壳结构MnO2@LaFeO3中的比表面积为134.82m2/g，本专利技术在很大程度提高了比表面积，为反应提供更多的活性位点。由于二氧化锰的成功负载，铁酸镧表面形貌发生了巨大的变化，蜂窝状的是多孔褶皱状，其比表面积会有所增大，且核壳结构核壳之间有相互作用力，也会在一定程度上对催化性能提高作出贡献。(2)本专利技术合成方法简单、有效、对环境友好。本专利技术的MnO2@LaFeO3是一类新型的催化剂，对含能材料AP、HMX、CL-20热分解的催化效果优于单组份LaFeO3，有望成为固体推进剂的燃烧催化剂，实现固体推进剂的快速稳态燃烧。(3)本专利技术通过合成铁酸镧，由于其颗粒尺寸相对而言略大，故进行核壳结构的合成，可充分利用两种材料功能性的协同效应，使粒子优异功能特性得到更大程度的提高，充分发挥其作为固体推进剂燃烧催化剂的作用，在一定程度上提高其催化性能。附图说明图1为LaFeO3和MnO2@LaFeO3的XRD曲线图。图2为SEM图。其中，(a)为LaFeO3；(b)为低倍MnO2@LaFeO3；(c)为高倍MnO2@LaFeO3；(d)为EDSMnO2@LaFeO3。图3为低倍透射电镜和高倍透射电镜图，其中，(a)为低倍LaFeO3透射电镜图，(b)为高倍LaFeO3透射电镜图，(c)为MnO2@LaFeO3低倍透射电镜图，(d)为MnO2@LaFeO3高倍透射电镜图。图4为X-射线光电子能谱图，其中，(a)为LaFeO3和MnO2@LaFeO3的XPS全谱图，(b)为La3d的XPS全谱图，(c)为Fe2p的XPS全谱图，(d)为Mn2p的XPS全谱图。图5为催化CL-20与HMX在不同催化剂作用下的热分解的DSC曲线；其中，(a)为CL-20，(b)为HMX。图6为AP在不同催化剂作用下的DSC曲线图。具体实施方式下面结合附图以及实施例对本专利技术进行详细描述。核壳是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。核壳结构由于其独特的结构特性，整合了内外两种材料的性质，是近几年形貌决定性质的一个重要研究方向。为了解决LaFeO3颗粒尺寸大导致催化效果减弱的问题，本专利技术采用核壳结构这一策略，对其表面进行修饰以提高催化活性。MnO2是一种自然界常见的金属氧化物，具有良好的环境相容性、无毒、成本较低，它本身也可以单独作为燃烧催化剂，鉴于以上优点，本专利技术选择二氧化锰作为壳来修饰LaFeO3。本专利技术的制备方法中，采取典型的先成核，后包裹壳的策略。上述复合金属氧化物在固体推进剂中的应用方法：将制备的样品MnO2@LaFeO3，分别与AP、CL-20、HMX按质量比为1:4混合研磨均匀，采用Q2000差示扫描量热仪对混合物进行热分析测试。测试条件为：氮气气氛，Q2000气体流量为50ml/min。样品质量为0.1-0.3mg。升温速率为：10℃/min。以下是具体实施例，以对本专利技术的技术方案作进一步解释说明。实施例1(1)把1.948g的六水硝酸镧和1.818g九水硝酸铁溶于90mL的乙醇与水的混合溶液(乙醇与水体积比2:1)中，剧烈搅拌后，加入0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，其特征在于，将硝酸铁与硝酸镧溶于乙醇和水的混合溶剂中，然后加入柠檬酸，在高压反应釜中180～190℃反应24小时，过滤后再煅烧，得到铁酸镧；将所得铁酸镧分散于去离子水中，加入高锰酸钾，在水热反应釜中160～180℃反应12～14小时，洗涤、干燥，得到核壳结构核壳状纳米复合金属氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，其特征在于，将硝酸铁与硝酸镧溶于乙醇和水的混合溶剂中，然后加入柠檬酸，在高压反应釜中180～190℃反应24小时，过滤后再煅烧，得到铁酸镧；将所得铁酸镧分散于去离子水中，加入高锰酸钾，在水热反应釜中160～180℃反应12～14小时，洗涤、干燥，得到核壳结构核壳状纳米复合金属氧化物。2.根据权利要求1所述的一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，其特征在于，硝酸铁与硝酸镧的物质的量的比为1:(1～1.2)。3.根据权利要求1所述的一种核壳状纳米复合金属氧化物的制备方法，其特征在于，乙醇和水的混合溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雨，郭兆琦，张婷，李瑶瑶，马海霞，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61