Page 39 - 《精细化工》2021年第6期
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第 6 期 王瑞浩，等: CuO/Al 复合材料的制备及对高氯酸铵的催化作用 ·1101·
N 2 O、NO、H 2 O、NO 2 、ClO、ClO 3 和 HCl 等挥发 由图 6、7 添加不同质量分数 CuO/Al 复合催化
性气体产物的过程 [21-22] 。 剂时 AP 的 DSC 曲线和 TG 曲线可以看出，加入复
当添加 5%的 CuO/Al 复合催化剂时，AP 在 合催化剂能够显著催化 AP 的热分解，且随着催化
248.0℃处的晶型转变吸热峰基本不变，低温分解峰 剂加入量越多催化效果越强；加入质量分数 5%的
和高温分解峰分别为 289.4 和 318.0 ℃，相对纯 AP CuO/Al 复合催化剂催化效果最好，AP 的低温分解
其峰温分别降低了 24.2 和 120.2 ℃；而加入相同质 峰和高温分解峰分别降为 289.4 和 318.0 ℃，相对
量分数的 CuO+Al 混合物时，AP 热分解的低温分解 纯 AP，其峰温分别降低了 24.2 和 120.2 ℃，有效
峰和高温分解峰分别为 301.7 和 372.1 ℃，相对于 改善了 AP 的热分解性能。
纯 AP 其峰温分别降低 11.9 和 66.1 ℃。对比发现， 通过图 7 可看出，纯 AP 和添加质量分数 1%、
制备的 CuO/Al 复合催化剂对 AP 的催化效果明显优 3%、5% CuO/Al 复合催化剂的 AP 热分解初始温度
于混合样品。结合图 5 中 AP 的失重曲线可以发现， 分别为 288.9、278.1、259.7、252.6 ℃，热分解终
CuO/Al 复合催化剂存在时，AP 的热分解失重曲线 止温度分别为 441.1、358.5、337.2、325.8 ℃，分解
几乎没有出现“台阶”形状，说明当加入 CuO/Al 温度差值分别为 152.2、80.4、77.5、73.2 ℃，由此
复合催化剂时可以有效促进 AP 分解过程，大大提 可以发现，加入制备的 CuO/Al 复合催化剂能够有
高了 AP 分解效率。 效提高 AP 的燃烧速率，且催化剂加入量越多 AP 的
2.3 复合催化剂不同添加量催化效果研究 燃烧速率越高。分析认为，随着 CuO/Al 复合催化
为了研究 CuO/Al 复合催化剂的加入量对 AP 的 剂添加量增大，受到热激发后 CuO 将能够产生足够
催化效果，且不影响 AP 整体性能的前提下，选择 量的空穴和电子，并通过纳米 Al 粉优良导体作用将
了质量分数为 1%、3%、5%的 CuO/Al 复合催化剂 这些载流子快速转移到 AP 分解的两个阶段，从而
与 AP 进行混合，并进行了 DSC 和 TG 测试，结果 达到高效催化 AP 热分解反应的效果 [14,23] 。
如图 6、7 所示。 2.4 复合催化剂可能的催化机理分析
分析可能的催化反应机理，如图 8 所示。
图 6 含不同质量分数 CuO/Al 复合催化剂的 AP 样品的
DSC 曲线
Fig. 6 DSC curves of AP samples with different mass
fraction of CuO/Al composite catalyst 图 8 CuO/Al 复合催化剂催化 AP 热分解机理
Fig. 8 Catalytic mechanism of CuO/Al composite catalyst
for AP
依据相关文献报道 [24] ，AP 低温分解阶段（LTD）
是铵离子提供质子转移到高氯酸根离子形成中间产
物 NH 4 和 HClO 4 的过程，高温分解阶段（HTD）是
由中间产物 HClO 4 分子完全分解，放出氧并与 NH 3
进行氧化还原反应生成最终产物的过程。因此，影
响 LTD 阶段反应的主要因素是提供质子的速度和中
间产物 NH 3 、HClO 4 的转移和反应速度，影响 HTD
阶段的因素是 HClO 4 分子的分解速度和 NH 3 发生氧
图 7 含不同质量分数 CuO/Al 复合催化剂的 AP 样品的 化还原反应的速度 [25] 。
TG 曲线 如图 8 所示，当有 CuO/Al 复合催化剂存在时，
Fig. 7 TG curves of AP samples with different mass fraction
of CuO/Al composite catalyst 依据文献报道，CuO 的带隙宽度为 1.68 eV，导带
