/CuO复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种g_C3N4/CuO复合材料的制备方法，以及将其用于催化分解高氯酸铵(AP)，属于材料制备及含能材料领域。
【背景技术】
[0002]g_C3N4具有类石墨型层状结构，层与层之间存在大量自由移动的电子，具有非常优异的导电性能。同时，g_C3N4具有活性中心点多、化学稳定性好、耐高温、导电性能高、环境友好等特点，在环境、能源和化工等领域都有较好的应用前景。g_C3N4不仅可作为光催化剂用于光催化裂解水制氢、降解有机污染物等方面，还可作为多相催化剂用于CO2活化反应、Knoevenagel缩合反应等方面。
[0003]为了提高g_C3N4的催化活性，可采用微观结构及形貌控制、N原子缺陷、化学掺杂改性、物理复合改性等方法。其中，g_C3N4与T1 2、W03、ZnWO4等金属氧化物材料复合能显著提高其光催化活性。例如，Sun等【Sun L M, et al.Journal of MaterialsChemistry, 2012，22，23428】采用混合煅烧法制备出8-(^4-211104复合材料，与纯g_C 3N4和纯ZnWO4催化剂相比，g-C 3N4-ZnW04复合材料对MB具有更高的可见光催化活性。
[0004]高氯酸铵(AP)是端羟基丁二烯(HTPB)复合固体推进剂中的高能组分，它在推进剂中占60 %?80 %的比例，其热分解特性与推进剂的燃烧性能密切相关，通过研宄催化剂对AP热分解的催化作用可推测推进剂的燃烧性能。在固体推进领域，纳米CuO是一种重要的燃速催化剂，对高氯酸铵(AP)的热分解催化效果明显。例如，张等【张智宏，等.固体火箭技术，2010, 33，564】利用固相反应法制备出纳米CuO用于催化分解高氯酸铵，研宄表明CuO使AP的高温分解温度降低了 113.1°C，表观分解热增加了 110%。研宄发现，g_C3N4对AP的热分解表现出良好的催化效果。基于以上分析，为了进一步提高g_C3N4的催化效果，将其与对AP有良好作用效果的CuO进行复合制备出g_C3N4/CuO复合材料，可以有效提高催化剂催化活性，使高氯酸铵(AP)在更低的温度下分解。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种g_C3N4/CuO复合材料及其制备方法，以及将其用于催化分解高氯酸铵(AP)。
[0006]本为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
本发明所提供的g_C3N4/CuO复合材料由质量比为99:5?80:20的g_C3N4和CuO复合而成；g_C3N4作为支撑载体，CuO颗粒沉积在g-C 3N4的表面形成异质结结构。
[0007]本发明还提供了一种g_C3N4/CuO复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)将三聚氰胺或尿素经煅烧、冷却、研磨得淡黄色g_C3N4粉末；
(2)将g_C3N4和Cu(NO3)2CH2O放入乙醇溶液中超声分散，超声分散均勾，超声过程中不断搅拌；
(3)将步骤(2)的混合液放入玛瑙研钵中研磨至糊状，放入烘箱中烘干，得到g_C3N4/Cu (NO3)2前驱体；
(4)将步骤(3)的混合物放入管式炉中煅烧即可得g_C3N4/CuO复合材料。
[0008]所述步骤(2)中超声分散时间为10?30 min, g_C3N4与Cu (NO 3)2.3Η20的质量比为 15.1:95 ?60.4:80。
[0009]所述步骤(3)中研磨时间为10?60 min。
[0010]所述步骤(3)中干燥的温度为40?70 °C，干燥时间为30 min?90 min。
[0011]所述步骤(4)中焙烧采用管式炉，焙烧温度为250?500 °C，焙烧时间为3?6 h。
[0012]本发明还提供了一种g_C3N4/CuO复合材料的应用，所述的g_C3N4/CuO复合材料用于催化分解高氯酸铵。
[0013]本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果:
(I)采用g-C3N4为支撑载体，将CuO颗粒沉积在其表面，降低了 CuO的团聚几率，提供了较大的比表面积和较多的活性中心，有效提高了催化高氯酸铵(AP)热分解的活性。
[0014](2) g_C3N4和CuO形成异质结，具有更强的电子转移和传导能力，在氧化还原循环中进一步加速电子转移，使高氯酸铵(AP)在更低的温度下分解。
[0015](3)本发明方法原料来源广泛，制备工艺操作简单，重复性好，制备速度快，制备效率高，适合工业化大规模生产，在含能材料领域具有很高的应用前景和实用价值。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1制备的g_C3N4和实施例4制备的g-C 3N4/CuO复合材料的XRD曲线。
[0017]图2为实施例1制备的g_C3N4的透射电子显微镜图。
[0018]图3为实施例2制备的g_C3N4/CuO复合材料的场发射扫描电子显微镜图。
[0019]图4为实施例3制备的g_C3N4/CuO复合材料的FT-1R曲线。
[0020]图5为实施例5、实施例6和实施例7的高氯酸铵热分解曲线。
[0021 ]图6为本发明一种g_C3N4/CuO复合材料的制备方法流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0023]实施例1制备g-C3N4
称取5g三聚氰胺放入陶瓷坩祸中(盖上坩祸盖)，在马弗炉中以50°C /min升温到5000C，在这个温度下保温焙烧I h，接着5min内快速升温到520°C，保温焙烧I h，冷却研磨得黄色粉末样品。
[0024]将实施例1的方法制备的材料，经X-射线衍射仪扫描后，见图1，为g_C3N4。
[0025]将实施例1的方法制备的材料，经透射电子显微镜观察，见图2，制备的材料为具有层状结构的g_C3N4。
[0026]实施例2制备g_C3N4/CuO复合材料
如图6所示，一种g_C3N4/CuO复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(I)按照实施例1的方法制备出石墨相氮化碳(g_C3N4)； (2)将0.95 g的g-C3N4和0.151 g的Cu (NO 3) 2.3Η20放入乙醇溶液中超声分散10 min,超声过程中不断搅拌；
(3)将步骤(2)的混合液放入玛瑙研钵中研磨10min至糊状，放入烘箱中40 °0烘90
min ；
(4)将步骤(3)的混合物放入管式炉中500°C煅烧3 h即可得g-C3N4/CuO复合材料，其中，g_C3N4和CuO的质量比为95:5。
[0027]按实施例2制备的g_C3N4/CuO复合材料经透射电子显微镜观察后，见图3，CuO均匀沉积在g_C3N4表面。
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