一种亚纳米氧化铈/铁酸铋/rGO复合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明应用于固体推进剂用燃烧催化剂领域，具体涉及一种亚纳米尺寸的CeO

背景技术

固体推进剂用燃烧催化剂是一种用于调节推进剂燃烧性能的重要添加剂，能有效调节推进剂燃速，改善推进剂点火性能以及提高推进剂的燃烧稳定性。研究表明，催化剂的尺寸是影响其性能的关键因素。纳米尺度的催化剂具备高比表面积，能暴露更多的反应活性位点，进而提高推进剂组分的催化分解效率。

石墨烯具备优异的力学，光学及热传导性能，使其在固体推进剂领域受到广泛关注。石墨烯除可以调节推进剂燃速外，还可以降低推进剂的摩擦感度、静电火花感度及撞击感度等。除此之外，石墨烯具备超大比表面积，可作为一种优良的催化剂载体。过渡金属氧化物是较常使用的固体推进剂用燃烧催化剂。钙钛矿型铁酸铋在铁电、传感、光催化领域应用较多，然而在固体推进剂领域鲜有报道。目前报道的铁酸铋合成方法众多，所得产物颗粒尺寸达到微米级别。且在合成铁酸铋石墨烯复合物的方法中，较多的是先将铁酸铋制备出来，然后与石墨烯复合，这样所得复合物中铁酸铋颗粒的分散性及结构稳定性较差。而原位生长法制备铁酸铋石墨烯复合材料过程中，所得铁酸铋颗粒尺寸较大，且容易产生较多杂质，远不能满足纳米燃烧催化剂的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种亚纳米氧化铈/铁酸铋/rGO复合物及其制备方法和应用，提高了铁酸铋的分散性且降低了其颗粒尺寸，提高了推进剂组分的催化分解效率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种亚纳米氧化铈/铁酸铋/rGO复合物，该复合物为CeO

一种亚纳米氧化铈/铁酸铋/rGO复合物的制备方法，将硝酸铈、硝酸铁和硝酸铋加入氧化石墨烯溶液中，然后加入KOH水溶液，搅拌混合均匀，然后进行水热反应，得亚纳米氧化铈/铁酸铋/rGO复合物。

优选的，硝酸铁、硝酸铋和硝酸铈的摩尔比为：1:(0.8～1.1):(0.1～0.2)。

优选的，水热反应温度为180～210℃，反应时间为8～12h。

优选的，氧化石墨烯溶液的浓度为0.8～1.2mg/mL。

优选的，KOH水溶液的浓度为2.5～3.5mol/L。

优选的，硝酸铁先于硝酸铋溶解在氧化石墨烯溶液中。

优选的，具体包括：

S1，将硝酸铁及硝酸铈加入氧化石墨烯溶液中，得到混合溶液1；其中氧化石墨烯溶液中的溶剂是水或者水与乙醇混合溶液；

S2，将硝酸铋溶解在酸溶剂中，酸溶剂是硝酸或者盐酸，将得到的硝酸铋溶液加入混合溶液1中，混合均匀，得到混合溶液2；

S3，向混合溶液2中加入KOH水溶液，混合均匀，得到混合溶液3；

S4，将混合溶液3进行水热反应，将产物洗涤、干燥，得亚纳米氧化铈/铁酸铋/rGO复合物。

进一步的，S2中，硝酸或者盐酸的体积与混合溶液3体积比为：1:(20～35)。

所述的亚纳米氧化铈/铁酸铋/rGO复合物作为固体推进剂用燃烧催化剂在催化固体推进剂燃烧方面的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述CeO

本发明通过简单的一步水热反应，在rGO上原位生长出了CeO

进一步的，为了避免在原位制备CeO

本发明所述的CeO

附图说明

图1为实施例1制备得到的CeO

图2为实施例1、2和对比例1-3产物的XRD图。

图3为实施例1制备得到的CeO

图4为BiFeO

具体实施方式

通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。所述氧化石墨烯采用hummer法制备得到。其余试剂和材料，均可从商业途径获得。

本发明通过一步水热法，以氧化石墨烯及金属硝酸盐为原料，采用去离子水或者水与乙醇的混合溶液作为溶剂，以氢氧化钾作为沉淀剂，于180-210℃下保温8-12h，即可制得亚纳米尺寸的CeO

本发明具体制备方法如下：

(1)配制溶液：将一定量的氧化石墨烯加入到40～50mL去离子水中，超声分散得到浓度为0.8～1.2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

(2)将摩尔比为1:(0.1～0.2)的硝酸铁Fe(NO

(3)将硝酸铋Bi(NO

(4)配制KOH溶液：称取一定量的KOH，配制浓度为2.5～3.5mol/L的KOH水溶液，将其加入上述(3)得到的混合溶液中，并在室温搅拌15-20min，使其混合均匀；

(5)水热处理：将上述(4)得到的混合体系转入100mL水热釜中，180～210℃保温8～12h；反应溶剂可以是水或者水与乙醇的混合溶液。

(6)后处理：将产物用去离子水与无水乙醇洗涤3-5次，冷冻干燥，即可得到粒径小于10nm的CeO

实施例1

步骤1：配制50mL浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

步骤2：称取0.404g Fe(NO

步骤3：称取0.388g Bi(NO

步骤4：配制15mL 3mol/mL的KOH水溶液，待冷却至室温加入步骤3所得混合体系中，室温搅拌15min，然后转入100mL水热釜中，200℃保温8h。

步骤5：将所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤3次，冷冻干燥或者真空干燥即可得到最终产物CeO

图1为实施例1所得产物的热重曲线。在空气气氛下从室温升高至600℃，产物失重约8.74％，表明产物中CeO

实施例2

步骤1：配制40mL浓度为1.2mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

步骤2：称取0.404g Fe(NO

步骤3：称取0.485g Bi(NO

步骤4：配制15mL 3mol/mL的KOH水溶液，待冷却至室温加入步骤3所得混合体系中，室温搅拌15min，然后转入100mL水热釜，180℃保温12h。

步骤5：将所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤3次，冷冻干燥或者真空干燥即可得到最终产物CeO

实施例3

步骤1：配制50mL浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

步骤2：称取0.404g Fe(NO

步骤3：称取0.437g Bi(NO

步骤4：配制15mL 3mol/mL的KOH水溶液，待冷却至室温加入步骤3所得混合体系中，室温搅拌15min，然后转入100ml水热釜，210℃保温12h。

步骤5：将所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤3次，冷冻干燥或者真空干燥即可得到最终产物CeO

实施例4

步骤1：配制50mL浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

步骤2：称取0.404g Fe(NO

步骤3：称取0.485g Bi(NO

步骤4：配制15mL 2.5mol/mL的KOH水溶液，待冷却至室温加入步骤3所得混合体系中，室温搅拌15min，然后转入100mL水热釜，180℃保温8h。

步骤5：将所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤3次，冷冻干燥或者真空干燥即可得到最终产物CeO

实施例5

步骤1：配制50mL浓度为0.8mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

步骤2：称取0.404g Fe(NO

步骤3：称取0.485g Bi(NO

步骤4：配制15mL 3.5mol/mL的KOH水溶液，待冷却至室温加入步骤3所得混合体系中，室温搅拌15min，然后转入100mL水热釜，200℃保温8h。

步骤5：将所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤3次，冷冻干燥或者真空干燥即可得到最终产物CeO

对比例1

步骤1：称取0.404g Fe(NO

步骤2：称取0.388g Bi(NO

步骤3：配制15mL 3mol/mL的KOH水溶液，待冷却至室温加入步骤2所得混合体系中，室温搅拌15min，然后转入100mL水热釜，200℃保温8h。

步骤4：将所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥即可得到最终产物CeO

对比例2

步骤1：配制50mL浓度为1mg/mL的氧化石墨烯水溶液；

步骤2：称取0.404g Fe(NO

步骤2：称取0.485g Bi(NO

步骤3：配制15mL 3mol/mL的KOH水溶液，待冷却至室温加入步骤3所得混合体系中，室温搅拌15min，然后转入100mL水热釜，200℃保温8h。

步骤4：将所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥即可得到最终产物BiFeO

对比例3

步骤1：称取0.404g Fe(NO

步骤2：称取0.485g Bi(NO

步骤3：配制15mL 3mol/mL的KOH水溶液，待冷却至室温加入步骤2所得混合体系中，室温搅拌15min，然后转入100mL水热釜，200℃保温8h。

步骤4：将所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥即可得到最终产物BiFeO

图2为实施例1、2和对比例1-3所得产物的XRD图。曲线a与b分别为实施例1与实施例2得到的CeO

应用例CeO

将实施例1及对比例1、2、3得到的CeO

由图4可知，BiFeO

以上仅为本发明实施例中的较佳实施例而已，因此不能仅以此来限定本发明之权利范围，依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。