一些有气相产生的固-固热分解催化反应机理研究

本项目从比较固-固催化与固-气、固-液催化的各自特点着手，认为固-固催化发生在固-固接触点，而有限的接触点不能充分解释催化剂的高活性，因此必有其它重要的催化机制有待揭示。本项目以高氯酸铵（AP）和纤维素硝酸酯（NC）的催化热分解反应为研究对象，从反应底物及催化剂本身在反应中发生的变化这两个方面进行研究。在反应底物方面利用热分析-质谱和热分析-红外联用技术，研究热分解反应速率、反应热以及气相产物组成，评价催化剂效率，揭示催化剂对一系列平行反应的选择性，计算反应热。在催化剂本身方面，用"反应突然中止法"取得不同温度段的反应残渣，用扫描电镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、拉曼光谱、固体核磁等方法对残渣进行"准实时"状态分析，取得催化剂的自分散和活性原子簇的"原位催化"等方面的信息，从而揭示一些固-固催化反应的机理。本研究的成果有助于澄清一些有关纳米催化的概念及本质的认识。

本项目以高氯酸铵（AP）和纤维素硝酸酯（NC）及太根发射药的催化热分解反应为研究对象，从反应底物及催化剂本身在反应中发生的变化这两个方面进行研究。首先，制备了各类催化剂，包括金属纳米粒子、氧化物及其草酸盐等，选择对AP、NC和太根发射药分别起催化作用的物质，用“反应突然中止法”取得不同温度段的反应残渣，用扫描电镜、X–射线衍射、X–射线光电子能谱、拉曼光谱、固体核磁等方法对残渣进行“准实时”状态分析，取得催化剂的自分散和活性原子簇的“原位催化”等方面的信息；其次，在反应底物方面利用热分析–质谱和热分析–红外联用技术，研究热分解反应速率、反应热以及气相产物组成，评价催化剂效率，揭示催化剂对一系列平行反应的选择性，计算反应热。因此，本项目的研究成果揭示出了一些固-固催化反应的机理，澄清一些有关纳米催化的概念及本质的认识。.此外，液相法制备过渡金属或过渡金属氧化物应用于催化AP的热分解已被广泛研究，但用磁控溅射法等物理气相沉积方法制备过渡金属及氧化物薄膜，并将其应用于AP热分解反应的研究还几乎未见报道。因此，本项目中以99.99%高纯无氧铜为靶材，采用磁控溅射法制备铜薄膜，随后对其进行氧化处理得到铜氧化物薄膜。将制备的铜及其氧化物薄膜以一定比例添加到AP中，分析不同含量、不同制备条件及不同成分的铜及氧化物薄膜对高氯酸铵热分解性能的影响，其催化效果及机理明显不同于液相法制备的同类材料。该研究方向有待继续。.项目研究成果共发表文章13篇，申请专利2项。培养博士研究生2人，硕士研究生4人。另有2名博士生和2名硕士生在读。