在现场MOF-74-热解生成的多孔碳支脊柱Cu_0.15Co_2.85O₄/C增强氨甲酸加速分解:精确的Cu兴奋剂调节氧空度度

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.
• 燃烧科学 燃烧科学

背景情况:

• 甲 (AP) 是固体推进剂的关键成分,但表现出缓慢的分解动力.
• 有效的催化分解AP对于提高推进剂性能至关重要.
• 设计具有量身定制结构的催化剂和理解催化剂-AP相互作用是重大挑战.

研究的目的:

• 为了合成和描述新的多孔碳支持的螺旋型异金属复合材料 (Cu$_{x}$Co$_{3-x}$O$_{4}$/C) 用于甲 (AP) 分解.
• 研究Cu/Co比对复合材料电子结构和催化活性的影响.
• 为了阐明AP加速分解在优化催化剂上的机制.

主要方法:

• 热解MOF-74-Co与Cu合,以产生Cu$_{x}$Co$_{3-x}$O$_{4}$/C复合材料.
• 调节Cu/Co比率以调节电子结构和氧空位度.
• 热重力测量-差异扫描热量测量 (TG-DSC),富里埃变换红外光谱 (FTIR) 和质谱 (MS) 用于分解分析.
• 密度函数理论 (DFT) 计算以了解催化机制.

主要成果:

• 使用5%的Cu-doping优化的Cu$_{0.15}$Co$_{2.85}$O$_{4}$/C催化剂显示,AP分解温度显著降低至261.5°C (从纯AP的456.9°C降至261.5°C).
• 优化的催化剂增强了释放热量的1222.1 J g$^{-1}$ (从纯AP的669.2 J g$^{-1}$),氧气空缺度高达26.25%.
• 详细的分解过程分析证实了加速的分解动力学.
• DFT计算显示,NH$_{3}$催化氧化和多孔碳吸收有助于增强的分解.

结论:

• 开发的多孔碳支持Cu$_{x}$Co$_{3-x}$O$_{4}$/C复合材料是甲酸盐分解的高效催化剂.
• 电子结构调整和氧气空置工程对于优化催化剂性能至关重要.
• 催化剂和多孔碳之间的协同效应促进了AP加速分解,为未来的推进剂开发提供了洞察力.