Page 7 - 《含能材料》优秀论文（2019年）
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多 孔 核 壳 结 构 Ni@C 纳 米 棒 的 制 备 及 其 对 高 氯 酸 铵 热 分 解 催 化 性 能 的 影 响                                    867

            文章编号：1006‐9941（2019）10‐0867‐08

            多 孔 核 壳 结 构 Ni@C 纳 米 棒 的 制 备 及 其 对 高 氯 酸 铵 热 分 解 催 化 性 能 的

            影响


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            李 丽 ，柯 香 ，安 亭 ，宋振伟 ，王 宁 ，郝嘎子 ，姜 炜                      2
           （1. 西安近代化学研究所，陕西 西安 710065；2. 南京理工大学化工学院 国家特种超细粉体技术研究中心，江苏 南京 210094）
            摘  要： 为了提高纳米金属对高氯酸铵（AP）热分解的催化作用，采用溶剂热法与高温煅烧法，以镍基有机金属骨架（Ni‐MOF）为
            前驱体制备了 Ni@C 纳米棒。利用 X 射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高倍透射电子显微镜、X 射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、
            全自动物理吸附分析仪等表征了 Ni@C 纳米棒的形貌、结构及组成，并通过差示扫描量热仪研究了不同煅烧温度下 Ni@C 纳米棒对
            AP 热分解的催化效果。结果表明，Ni@C 纳米棒为以金属 Ni 为核、C 层为壳的多孔核壳结构，且高度石墨化的 C 层有效防止了纳米
            Ni 颗粒的氧化。Ni@C 纳米棒对 AP 热分解的催化性能优于单独镍纳米颗粒和碳纳米棒。尤其是 1000 ℃煅烧后的 Ni@C 纳米棒使
                                                                      -1
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            AP 的高温分解峰峰温从 423.4 ℃降低至 323.8 ℃，表观分解热从 825.4 J·g 提高到 1423.8 J·g ，反应活化能从 172.50 kJ·mol 降
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            低至 130.04 kJ·mol 。
            关键词：核壳结构；Ni@C 纳米棒；高氯酸铵；热分解；催化作用
            中图分类号：TJ55；TB333；O614.12          文献标志码：A                                    DOI：10.11943/CJEM2018353





                                                                众多学者对燃烧催化剂进行了系统研究。
            1   引 言                                                  随着纳米材料制备技术的发展，燃烧催化剂的粒

                                                                度已从微米级向纳米级发展，相应地，研究人员也开发
                随着对武器弹药能量密度与安全性能要求的不断
                                                                了多种纳米燃烧催化剂，如纳米金属颗粒                    ［8-9］ 、纳米过
            提高，固体火箭推进剂正朝着高能钝感、高燃速和无烟
                                                                渡金属氧化物       ［10-12］ 、纳米有机金属化合物       ［13-14］ 。尽管
            或者少烟的方向发展          ［1］ 。高氯酸铵（AP）具有氧化性
                                                                这些纳米燃烧催化剂对 AP 的热分解表现出优异的催
            强、有效含氧量高、燃烧产气量大、热稳定性优异、与固
                                                                化性能，但由于纳米材料较高的表面能，往往导致纳米
            体推进剂组分相容性好等优点，常作为氧化剂应用于
                                                                颗粒团聚成微米级，在一定程度上削弱了其催化性能，
            多种固体推进配方中          ［2-4］ 。研究表明，AP 超细化和添             特别是磁性纳米金属铁、钴和镍，由于自身磁性作用，
            加燃烧催化剂是目前两种提高推进剂燃速的有效方                              团聚现象更加严重         ［15］ 。为了改善纳米燃烧催化剂的

            法 ［5-6］ 。相对复杂的 AP 超细化过程，在推进剂配方中                     分散性，研究者通常将催化剂与碳材料复合。碳纳米
            加入燃烧催化剂更为简单便捷。加入催化剂后，能够                             管、氧化石墨烯和石墨烯因其优异的导电、导热性能和
            降低 AP 热分解峰温，提高 AP 热分解放热量，从而改善                       较大的比表面积而备受关注              ［16-23］ 。当这类碳材料与
            推进剂燃烧性能，如点火时间与燃烧速率等                    ［7］ ，因而，     纳米燃速催化剂复合后，不仅能够有效解决纳米颗粒
                                                                的团聚问题，而且能够发挥出催化剂与载体之间的协
            收稿日期：2018⁃12⁃18；修回日期：2019‐03⁃05                     同作用，因而碳基复合燃速催化剂往往表现出更加优
            网络出版日期：2019‐03‐22
            基金项目：国家自然科学基金（21805139）；中央高校基本科研业务                  异的催化性能。然而，采用上述碳材料负载的方法并
            费专项资金资助（30918011312）                                不能完全解决纳米颗粒的团聚问题，同时，此类碳材料
            作 者 简 介 ：李 丽（1969-），女 ，高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 含 能 材 料 制 备  制备过程复杂，价格昂贵，难以实现大规模应用。因
            研究。e‐mail：253156115@qq.com
                                                                此，开发新型结构碳基纳米催化剂十分有必要。
            通 信 联 系 人 ：姜 炜（1972-），男 ，研 究 员 ，主 要 从 事 纳 米 含 能 材 料 制
            备及应用研究。e‐mail：superfine_jw@126.com                       金属‐有机框架材料（Metal‐Organic Framework，
            引 用 本 文 ：李 丽 ,柯 香 ,安 亭 ,等 . 多 孔 核 壳 结 构 Ni@C 纳 米 棒 的 制 备 及 其 对 高 氯 酸 铵 热 分 解 催 化 性 能 的 影 响 [J]. 含 能 材 料 ,2019,27(10):867-874.
            LI Li, KE Xiang, AN Ting,et al. Preparation of Porous Core‑shell Structural Ni@C Nanorods and Their Catalytic Properties for Thermal Decomposition of
            Ammonium Perchlorate[J]. Chinese Journal of Energetic Materials（Hanneng Cailiao）,2019,27(10):867-874.
            CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS              含能材料               2019 年  第 27 卷  第 10 期 （867-874）
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