高比表面积及高活性位点数的界面催化剂、制备及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种高比表面积及高活性位点数的界面催化剂、制备及应用，该界面催化剂以无定形活性炭为载体，在无定形活性炭的表面沉积Fe2O3和TiO2两种物种的界面；所述的界面为Fe2O3‑

【技术实现步骤摘要】
高比表面积及高活性位点数的界面催化剂、制备及应用


[0001]本专利技术属于纳米材料
，涉及界面催化剂，具体涉及一种高比表面积及高活性位点数的界面催化剂、制备及应用。

技术介绍

[0002]高氯酸铵(AP)由于其独特的热分解性能而成为复合推进剂中最常用的氧化剂。AP的燃烧行为直接影响火箭推进剂系统的性能，因此提高AP的燃烧性能并理解其热分解行为对于提升固体火箭推进剂的性能至关重要。目前，添加燃烧催化剂被认为是提高AP热分解效率的有效方法。过渡金属氧化物作为燃烧催化剂可以有效地促进氧化剂的热分解，提高固体推进剂的燃烧性能。过渡金属氧化物对AP热分解的催化作用是由于多种原因引起的，例如半导体特性(p型半导体或n型半导体)，电荷转移过程或电子转移过程等，但实际催化的机制仍然不确定。典型的过渡金属氧化物，如Fe2O3、TiO2、MnO2、Co2O3等，在催化AP方面表现出优异的催化活性。在这些过渡金属氧化物中，Fe2O3和TiO2因其高效、丰富、成本低、无毒等优点得到了广泛的应用。
[0003]近年来，研究者们为提高相关金属氧化物的催化活性做出了很大的努力。提高活性的通用策略主要有粒度调控、形貌调制、多组分等。虽然这些方法对AP的活化是有效的，但由于这些催化剂在反应过程中容易发生粒径、形貌、状态和分散性的变化，导致整体燃烧性能仍远不能令人满意，进而改变后的性能明显降低。开发具有稳定性能和最大活性位的高效燃烧催化剂是非常有希望的。考虑到催化过程一般发生在两种金属氧化物之间的界面处，因此调节界面电子结构和几何结构来有效催化AP分解至关重要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种高比表面积及高活性位点数的界面催化剂、制备及应用，解决现有技术中的界面催化剂的比表面积及活性位点数有待进一步提升的技术问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种高比表面积及高活性位点数的界面催化剂，该界面催化剂以无定形活性炭为载体，在无定形活性炭的表面沉积Fe2O3和TiO2两种物种的界面。
[0007]所述的界面为Fe2O3‑
TiO2界面、TiO2‑
Fe2O3界面、Fe2O3‑
TiO2‑
Fe2O3界面或TiO2‑
Fe2O3‑
TiO2界面。
[0008]本专利技术还保护一种如上所述的高比表面积及高活性位点数的界面催化剂的制备方法，该方法采用原子层沉积法，在载体上，通过Fe2O3物种的沉积步骤和TiO2物种的沉积步骤按照周期进行有序沉积形成界面。
[0009]所述的Fe2O3物种的的沉积步骤为：先沉积铁源，再使沉积的二茂铁与O2发生化学反应生成Fe2O3物种。
[0010]所述的TiO2物种的的沉积步骤为：先沉积钛源，再使沉积的四异丙醇钛与H2O2发生
化学反应生成TiO2物种。
[0011]本专利技术还具有如下技术特征：
[0012]具体的，所述的Fe2O3物种的的沉积步骤为步骤A，一个完整的步骤A包括：
[0013]StepA1，在真空条件下，通过惰性载气鼓泡方式将二茂铁带入反应腔进行沉积，沉积温度为350℃～400℃，沉积时间300s，惰性载气的流速为40～100ml/min。
[0014]StepA2，向反应腔中通入惰性载气，使反应腔中未吸附的和物理吸附在表面的二茂铁吹离反应腔，吹离时间600s，惰性载气的流速为100～200ml/min。
[0015]StepA3，将O2通入反应腔中与二茂铁发生氧化还原反应，O2的通入时长300s，流速为25～60ml/min。
[0016]StepA4，向反应腔中通入惰性载气，使反应腔中未反应的分子的和副产物吹离反应腔，吹离时间600s，惰性载气的流速为100～200ml/min。
[0017]具体的，所述的TiO2物种的的沉积步骤为步骤B，一个完整的步骤B包括：
[0018]StepB1，在真空条件下，降低反应腔温度至150℃并稳定，通过惰性载气鼓泡方式将四异丙醇钛带入反应腔进行沉积，沉积时间300s，惰性载气的流速为40～100ml/min。
[0019]StepB2，向反应腔中通入惰性载气，使反应腔中未吸附的和物理吸附在表面的四异丙醇钛吹离反应腔，吹离时间600s，惰性载气的流速为100～200ml/min。
[0020]StepB3，通过鼓泡方式将H2O2通入反应腔中与四异丙醇钛发生氧化还原反应，H2O2的通入时长300s，流速为25～60ml/min。
[0021]StepB4，向反应腔中通入惰性载气，使反应腔中未反应的分子的和副产物吹离反应腔，吹离时间600s，惰性载气的流速为100～200ml/min。
[0022]优选的，步骤中A与B可根据实际需要进行组合，例如可以(A
‑
B)
nc
(步骤AB交替进行，先进行A，后进行B，整体重复n次),(B
‑
A)
nc
(步骤AB交替进行，先进行B，后进行A，整体重复n次),A
xc
‑
B
yc
(先进型行x次步骤A的循环，然后再进行y次步骤B的循环),B
yc
‑
A
xc
(先进行y次步骤B的循环，然后再进行x次步骤A的循环)。
[0023]优选的，所述的惰性载气为氮气或氩气。
[0024]优选的，所述的沉积的周期数为1～10次。
[0025]更优选的，所述的沉积的周期数为1～5次。
[0026]本专利技术还保护如上所述的高比表面积及高活性位点数的界面催化剂用于作为高氯酸铵的热分解反应的催化剂的应用。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0028](Ⅰ)本专利技术制备的界面催化剂的界面结构精确可调且具有较高的活性位点数，其催化高氯酸铵分解的性能远远高于目前文献和专利报道的结果。
[0029](Ⅱ)与现有技术相比，本专利技术制备的界面催化剂具有高活性界面位点数多、环境绿色友好、催化高氯酸铵活性高等优点。双金属氧化物界面催化剂制备过程简单方便。
[0030](Ⅲ)在本专利技术制备的界面催化剂的作用下AP的高温分解峰温低至249℃～296℃，显著低于不添加任何催化剂的纯AP的高温分解峰温438℃，显著低于目前文献和专利报道之最低值。
[0031](Ⅳ)在本专利技术制备的界面催化剂的作用下反应速率常数由不加催化剂时的0.0011s
‑1提高至5.1～5.3s
‑1,提高了5000倍。
[0032](
Ⅴ
)在本专利技术制备的界面催化剂的作用下AP的放热量显著增加，放热量由不加催化剂时的217.7J/g增加至1567.8J/g～1573.5J/g。介于此，可以进一步佐证双金属氧化物界面催化剂在AP热分解的催化反应中具有极好的应用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积及高活性位点数的界面催化剂，其特征在于，该界面催化剂以无定形活性炭为载体，在无定形活性炭的表面沉积Fe2O3和TiO2两种物种的界面；所述的界面为Fe2O3‑
TiO2界面、TiO2‑
Fe2O3界面、Fe2O3‑
TiO2‑
Fe2O3界面或TiO2‑
Fe2O3‑
TiO2界面。2.一种如权利要求1所述的高比表面积及高活性位点数的界面催化剂的制备方法，其特征在于，该方法采用原子层沉积法，在载体上，通过Fe2O3物种的沉积步骤和TiO2物种的沉积步骤按照周期进行有序沉积形成界面；所述的Fe2O3物种的的沉积步骤为：先沉积铁源，再使沉积的二茂铁与O2发生化学反应生成Fe2O3物种；所述的TiO2物种的的沉积步骤为：先沉积钛源，再使沉积的四异丙醇钛与H2O2发生化学反应生成TiO2物种。3.如权利要求2所述的所述的高比表面积及高活性位点数的界面催化剂的制备方法，其特征在于，所述的Fe2O3物种的沉积步骤为步骤A，一个完整的步骤A包括：StepA1，在真空条件下，通过惰性载气鼓泡方式将二茂铁带入反应腔进行沉积，沉积温度为350℃～400℃，沉积时间300s，惰性载气的流速为40～100ml/min；StepA2，向反应腔中通入惰性载气，使反应腔中未吸附的和物理吸附在表面的二茂铁吹离反应腔，吹离时间600s，惰性载气的流速为100～200ml/min；StepA3，将O2通入反应腔中与二茂铁发生氧化还原反应，O2的通入时长300s，流速为25～60ml/min；St...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯昊，李丹，李建国，秦利军，胡逸云，龚婷，张王乐，惠龙飞，房佳斌，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：