一种通用型含能燃速催化剂、制备方法及应用与流程

本发明属于含能材料，涉及含能燃速催化剂，具体涉及一种通用型含能燃速催化剂、制备方法及应用。

背景技术：

1、固体推进剂燃烧性能的调节一直是固体推进剂应用领域研究的核心技术之一，燃速对药柱燃气生成量、发动机的推力以及为了达到预定生成量和推力应有的燃烧面积等起着决定性作用。而燃速催化剂可以显著调节固体推进剂的燃速及降低压强指数，是调节和改善固体推进剂燃烧性能不可或缺的功能材料组分之一。金属、金属氧化物及金属复合氧化物催化剂是一类较早的、研究较为深入的燃速催化剂，此类燃速催化剂对大多数的固体推进剂都能起到较好的催化效果。目前此类催化剂的研究主要集中在：将效果好的金属或金属氧化物制备成纳米尺寸的催化剂，从而大大提高催化剂的催化效果。但制备出的此类纳米尺寸的催化剂仍然存在以下两个方面的问题：一方面，由于纳米金属氧化物和复合金属氧化物催化剂在制备过程中常常需要锻烧或化合物在空气中放置会吸附其它物质等原因，会使得合成的纳米金属氧化物和复合金属氧化物催化剂存在比表面积小，催化活性低等缺点；另一方面，由于金属或复合金属氧化物的惰性，会使固体推进剂的能量水平有所降低。

2、近年来，为了解决上述问题，国内外开展了emofs基含能燃速催化剂的相关研究。emofs基含能燃速催化剂含有大量生成焓较高的n＝n，c-n键和较高的密度及氧平衡，且比一般物质单位质量产气量大，导致其生成焓较高，从而具有很高的能量。其催化原理是在固体推进剂的燃烧分解过程中原位产生新鲜的纳米或微米级的金属氧化物或金属复合氧化物，避免了普通纳米或微米催化剂由于制备方法或产物团聚而使催化性能降低的弊端，使催化性能大大提高。因此含能催化剂兼具含能和纳米双重优点，是一类新型的含能燃速催化剂，在固体推进剂应用方面具有很大的潜在优势，是一类需要大力发展的燃速催化剂。例如，2014年，陈三平等(gao w.,liu x.,su z.,et al.high-energy-density materialswith remarkable thermostability and insensitivity:synthesis,structures andphysicochemical properties of pb(ii)compounds with 3-(tetrazol-5-yl)triazole[j].journal of materials chemistry a,2014,2(30):11958-11965)使用硝酸铅盐与能量配体5-四唑基-1,2,4-三唑(h2tztr)进行配位反应得到2个emofs基含能燃速催化剂[pb(htztr)2(h2o)]n、[pb(h2tztr)(o)]n，催化热解实验发现，[pb(htztr)2(h2o)]n可将纯ap的2个放热峰合并为1个剧烈的放热峰并将放热峰温降低大约19℃；[pb(h2tztr)(o)]n可将ap的放热峰温提前大约18℃。此外，[pb(htztr)2(h2o)]n、[pb(h2tztr)(o)]n分别将rdx的放热峰降低16℃和11℃。2019年，wu s等(wu s.,li m.,yang z.,et al.synthesis andcharacterization of a new energetic metal-organic framework for use inpotential propellant compositions[j].green chemistry,2020,22:5050-5058)基于富氮y形高能配体3-(5-氨基四唑)三嗪(h3tatt)，使用h2o作为溶剂，在水热条件下与cocl2·6h2o反应合成了无溶剂含能金属有机骨架(emof)[co(htatt)]n，所得到的配合物具有较好的热稳定性，且撞击感度和摩擦感度都较低。与纯ap组分相比，将[co(htatt)]n加入ap中混合均匀，能将ap两个放热峰结合成一个较大的放热峰，峰温降低至326℃，分解热量急剧增加到2.39kj·g-1，增幅达到300％。wu s等(wu s.,lin g.,yang z.,et al.crystalstructures,thermodynamics and accelerating thermal decomposition of rdx:twonew energetic coordination polymers based on a y-shaped ligand of tris(5-aminotetrazole)triazine[j].new journal of chemistry,2019,43:14336-14342)还以3-(5-氨基四唑)三嗪(h3tatt)为含能配体与zn(ii)、pb(ii)进行配位得到{[zn2(htatt)2(h2o)2]3·h2o}、[pbzn(tatt)2(oh)(h2o)n]两种含能配合物。两者作为燃速催化剂都可以加速rdx的热分解，其中[pbzn(tatt)2(oh)(h2o)n]使分解温度提前了大约25℃。2022年，谭博军等(tan b.,ren j.,duan b.,et al.facile synthesis and superior properties ofa nitrogen-rich energetic zn-mof with a 2dazide-bridged bilayerstructure.dalton trans.,2022,51:7804-7810)以5-氨基四氮唑(atz)为配体与锌离子进行配位得到了一种二维叠氮桥联含能金属有机框架材料[zn2(atz)3(n3)]n。此配合物具有较为优异的耐热性(热分解温度为362℃)，且感度较低，能使ap的热分解温度提前约50℃，使六硝基六氮杂异伍兹烷(cl-20)的热分解温度提前约6℃。

3、虽然文献中报道的emofs基含能燃速催化剂对特定的固体推进剂配方产生了较为优异的催化效果，但是由于固体推进剂配方的多样性和成分的复杂性，文献中报道的emofs基含能燃速催化剂具有选择性，催化效果较为单一(即某一种催化剂只对某一个或者某两个推进剂组分有好的催化效果，而对其它类型的推进剂组分几乎无催化效果)。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种通用型含能燃速催化剂、制备方法及应用，解决现有技术中的含能燃速催化剂的通用性有待进一步提升的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种通用型含能燃速催化剂，其化学结构式为：

4、

5、本发明还保护一种如上所述的通用型含能燃速催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：将偶氮四唑钠盐溶解在蒸馏水和二甲基亚砜中形成反应液，将醋酸钯加入反应液中，在室温下搅拌，直至反应液澄清；然后将反应密封后在105℃的条件下静置，静置完成后降温至室温完成反应，然后抽滤，滤掉滤液，所得到的即为通用型含能燃速催化剂；

6、所述的偶氮四唑钠盐的化学结构式为：

7、

8、进一步的，所述的偶氮四唑钠盐的制备方法为：依次加入氢氧化钠和蒸馏水，配制成氢氧化钠水溶液，随后加入5-氨基四氮唑，温度升至80℃，分批加入高锰酸钾，温度控制在80℃下反应，反应完后加入乙醇用以还原过量的高锰酸钾，再升温至95℃，趁热过滤除去二氧化锰，滤液减压浓缩至原体积的二分之一，冷却后过滤，滤饼经水洗和乙醇洗涤，自然晾干得到黄色固体，即偶氮四唑钠盐。

9、优选的，所述的偶氮四唑钠盐与醋酸钯的摩尔量相等；所述的蒸馏水和二甲基亚砜的体积相等。

10、本发明还保护如上所述的通用型含能燃速催化剂用于作为含能材料的燃速催化剂的应用。

11、本发明还保护如上所述的通用型含能燃速催化剂的制备方法制得的通用型含能燃速催化剂用于作为含能材料的燃速催化剂的应用。

12、所述的含能材料为固体推进剂，固体推进剂中包括ap、rdx、hmx和cl-20或dap-4。

13、所述的通用型含能燃速催化剂的添加量为2wt.％。

14、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

15、(ⅰ)本发明的燃速催化剂做到了真正的“通用型”，添加量仅为2wt.％就能对5种现役含能材料具有较为优异的催化效果，是真正意义上的“通用型”含能燃速催化剂。

16、(ⅱ)本发明的燃速催化剂在同等测试条件下，不仅能对固体推进剂的主要组分ap、rdx、hmx和cl-20的热分解温度分别提前约82.3℃、22.3℃、18.8℃和4.7℃，并且对近年来颠覆性的、极具应用前景的dap-4也能产生较优异的催化效果，使dap-4的热分解温度提前约10.3℃。

17、(ⅲ)本发明的燃速催化剂具有较为优异的耐热性能，热分解峰温大于400℃，其热分解峰温不会对大部分的含能材料的热分解峰温产生干扰。

18、(ⅳ)本发明在火炸药领域首次引入“通用型含能燃速催化剂”的理念，为后续类似催化剂的合成起到了“抛砖引玉”的开拓性效果。

19、(ⅴ)本发明合成出的新型燃速催化剂具有大的比表面积、高热稳定性、多维结构及分子中不含溶剂的特点，完美的达到了我们的预期设想。