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含能材料因在推进剂、炸药、烟火剂等领域的广泛应用,成为越来越重要的研究课题。提高含能组分的燃烧性能是目前我们所面临的主要挑战,燃烧催化剂的添加可改善这一问题。本文制备了可作为燃烧催化剂的三种钴系金属氧化物Co3O4纳米线,Mg Co2O4纳米线及蜂窝状Zn Co2O4。采用差示扫描量热法(DSC),热重-微分热重法(TG-DTG)及热分解动力学参数研究了所制备的三种金属氧化物对高氯酸铵(AP)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、黑索金(RDX)及奥克托今(HMX)的催化活性。此外,制备了Al/Co3O4,Al/Mg Co2O4和Al/Zn Co2O4并考察了其铝热行为。以下是本工作的主要内容:(1)以镍泡沫(NF)作为金属氧化物生长的载体,采用模板法成功制备了Co3O4纳米线,Mg Co2O4纳米线及蜂窝状Zn Co2O4。之后,通过超声分散复合法制备了Al/Co3O4,Al/Mg Co2O4和Al/Zn Co2O4这三种铝热剂。(2)采用X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及N2吸附-脱附测试对样品的物相组成和形貌结构系统地进行了表征分析。结果证明钴系金属氧化物Co3O4,Mg Co2O4,Zn Co2O4及其对应的铝热剂皆具有较高纯度,在NF上生长的金属氧化物具备规则有序的形貌和较大的比表面积。(3)通过DSC,TG-DTG方法及热分析动力学研究了Co3O4,Mg Co2O4和Zn Co2O4作为燃烧催化剂分别对AP、CL-20、RDX及HMX热分解行为的影响。结果表明,与纯AP相比,Co3O4/AP,Mg Co2O4/AP和Zn Co2O4/AP复合物的放热分解峰温分别提前了122.96,126.38及101.87°C,通过热分析动力学研究发现它们的表观活化能分别降低了7.25,15.44和17.88 k J·mol–1;Co3O4/CL-20,Mg Co2O4/CL-20和Zn Co2O4/CL-20复合物的放热分解峰温比CL-20分别提前了4.44,6.99及3.73°C,三种复合物的表观活化能分别降低了5.00,10.65和7.87 k J·mol–1;与纯RDX相比,Co3O4/RDX,Mg Co2O4/RDX和Zn Co2O4/RDX复合物的放热分解峰温分别提前了2.45,7.17及4.39°C,表观活化能降低了67.36,86.96和51.57 k J·mol–1;Co3O4/HMX,Mg Co2O4/HMX和Zn Co2O4/HMX复合物的放热分解峰温比HMX分别提前了0.80,1.40及1.32°C,表观活化能分别降低了24.19,86.22和81.45 k J·mol–1。DSC测试及活化能数值说明少量催化剂的添加使AP、CL-20、RDX及HMX的热分解峰温提前,表观活化能降低。热分解峰温的提前及活化能的降低证实Co3O4,Mg Co2O4和Zn Co2O4对AP、CL-20、RDX及HMX均有良好的催化活性。优异的催化性能可归因于在NF上生长的金属氧化物所具有的多孔结构和大比表面积,能够为热分解反应提供丰富的活性位点。(4)基于Co3O4和Mg Co2O4的形貌尺寸一致,我们比较了单金属氧化物Co3O4和双金属氧化物Mg Co2O4的催化性能。将20%的Co3O4和Mg Co2O4分别加入到AP、CL-20、RDX或HMX后,Mg Co2O4皆表现出优于Co3O4的催化活性。(5)通过DSC方法研究了Al/Co3O4,Al/Mg Co2O4和Al/Zn Co2O4这三种铝热剂的铝热行为。三者铝热反应温度依次为598.94,611.58及612.24°C,放热量分别为3149,4181及4479 J·g–1,对于Al/Co3O4和Al/Mg Co2O4,Mg Co2O4与铝粉发生氧化还原反应时热量高于Co3O4。