高氯酸铵(AP，NH4ClO4)是复合固体推进剂(CSP)中常用的强氧化剂，通常占CSP总质量的70%以上。基于此，CSP的燃烧性能，特别是燃烧速率等，与AP的热分解性能密切相关。

采用冰晶模板法在不添加任何化学修饰剂的基础上，成功在MXene纳米片上原位合成了CuO纳米粒子，并以此制备出了MXene负载的氧化铜纳米复合材料(MCNs)。通过该方法制备出CuO纳米粒子可以稳定均匀地分散在MXene纳米片表面(图1)。

图1：制备MXene负载CuO纳米复合材料(MCNs)的流程示意图从MXene与CuO的比例出发，研究了不同比例的CuO(5, 10, 20, 30, 40 and 50 wt%)负载在MXene纳米片上对纳米复合材料(MCNs-1, MCNs-2, MCNs-3, MCNs-4, MCNs-5, MCNs-6)的微观形貌、比表面积以及催化性能等方面的影响。

研究结果表明，原位生长的CuO纳米粒子的比例可以对其在MXene纳米片上的分散造成影响(图2)。一定比例的CuO纳米粒子可以均匀地分散在MXene纳米片上，但随着比例的增加，CuO纳米粒子会聚集成不规则的纳米片。同时，CuO纳米粒子的比例也**影响MCNs的比表面积与孔径分布(图3)。CuO纳米粒子负载在MXene纳米片上可以**增加比表面积，并产生丰富的介孔。

图2：(a) 纯MAX，(b) 纯MXene，(c) 纯CuO，(d) MCNs-1，(e) MCNs-2，(f) MCNs-3，(g) MCNs-4，(h) MCNs-5和(i) MCNs-6的SEM图像

图3：MXene、MCNs-1、MCNs-2、MCNs-3、MCNs-4、MCNs-5、MCNs-6和CuO的N2吸附-解吸附等温线(a)和孔径分布(b)

MCNs在催化AP热分解方面表现出了**的催化活性(图4)，这种高活性归因于MCNs具有较大的比表面积，可以为AP提供更多的催化活性中心和接触面积，同时，介孔结构也可以通过改善催化过程中的物质运输从而促进AP的热分解。此外，通过研究MCNs与AP的比例获得了MCNs和AP的较佳配比(图5)。

图4：(a) 热重分析(TGA)，(b) 导数热重分析(DTG)，(c) 高氯酸铵(AP)在2 wt%催化剂(MXene、MCNs-1、MCNs-2、MCNs-3、MCNs-4、MCNs-5、MCNs-6、CuO)存在和不存在下的差示扫描量热分析(DSC)曲线，以及(d) 在有催化剂和没有催化剂的情况下AP分解过程中的热释放

图5: (a) 热重分析(TGA)，(b) 导数热重分析(DTG)，(c) 高氯酸铵(AP)在不同比例催化剂(MCNs-3，1%，2%，4%，6%，8%)存在和不存在时的差示扫描量热分析(DSC)曲线，以及(d) AP在有催化剂和没有催化剂时分解过程中的热释放

通过冰晶模板法在不添加任何化学修饰剂的情况下，快速简便地合成出具有大表面积以及介孔结构的纳米复合材料，可以为金属氧化物纳米复合催化剂的设计提供新思路，这对开拓金属氧化物在催化AP热分解领域的应用具有重要意义。

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以上内容来自齐岳小编zzj 2021.5.7