一种可替代贵金属的暴露特定晶面MoC催化剂的应用

本发明涉及一种可替代贵金属的暴露特定晶面moc催化剂的应用，具体涉及一种用于硝酸羟胺(han)基液体推进剂催化分解的可替代贵金属的暴露特定晶面的moc催化剂。

背景技术：

1、推进技术是航天航空等领域飞行器执行高效能使命任务的核心保障，确保飞行器以较低的质量消耗完成轨道和姿态控制等任务。单组元液体推进技术采用催化剂实现推进剂的快速分解，产生高温燃气为航天航空飞行器姿态/轨道控制提供所需的力或力矩。目前，单组元液体推进技术在飞船、卫星、火箭等装备应用中占据主导地位的是肼类推进剂技术。然而，肼类推进剂有毒、易燃易爆、污染高，需要繁琐的地面支持和保障系统，严重影响装备的快速响应和机动性，采用绿色无毒单组元推进剂技术可解决上述技术问题，目前研究热点为二硝酰胺铵(adn)和硝酸羟胺(han)基液体推进剂，它们作为高性能、绿色无毒、可存储的新型液体推进剂，代表了空间化学推进技术的一个新的研究方向和发展趋势。

2、han基液体推进剂具有无毒、无污染、安全性高等优势，对操作人员无伤害、环境友好，可大大简化人员防护及地面保障设施，使用维护周期短，可实现预包装，提高装备作战机动性。催化剂技术是han基液体推进技术的核心之一，它起着将han液体推进剂的化学能转化为动能的关键作用，催化剂的性能好坏对于han液体推进剂能否完全分解乃至动能输出的大小至关重要。han液体推进剂本身具有安全性好、高性能、高稳定性等特点，对催化剂的催化活性要求极高。

3、目前，han基液体推进剂普遍使用的是贵金属催化剂，催化剂的核心组分包含铂族贵金属，主要指铂、铱等活性贵金属，然而贵金属储量低，价格昂贵导致催化剂成本很高，不仅如此，铱更是一种稀有贵金属和高级战略材料，世界上矿藏很少，我国基本没有铱资源，完全依赖进口。因此，开展新型贵金属替代的催化材料研究具有非常重要的意义。

4、过渡金属碳化物指的是将过渡非贵金属经过碳化形成的一类化合物。比如，碳化钼材料是碳原子填充到过渡金属钼的晶格中形成的一种填充型金属化合物，钼与碳之间的电子效应使得过渡金属费米能级附近的电子态密度发生变化，产生了类贵金属性质，是贵金属替代的选择之一(chem.rev.1996,96,1477-1498)。

5、目前moc是类贵金属催化剂重要的研究对象，具有很大的比表面积，但是由于表面易被氧化成moo3而很快失活。研究者们将moc作为载体负载其他金属来获得高催化活性的催化剂。然而这些工作往往通过添加大量贵金属以快速消除催化剂表面氧物种进而提高催化剂的稳定性，并未根本解决贵金属替代的问题。现有技术未见moc等类贵金属催化剂应用于han基液体推进剂催化分解。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种可替代贵金属的暴露特定晶面的moc催化剂的应用，该催化剂替代贵金属催化剂用于han基液体推进剂的催化分解。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为；

3、一种可替代贵金属的暴露特定晶面moc催化剂的应用，通过氮化并碳化纳米棒形貌的moo3，获得表面暴露(200)晶面占比50％-80％的α相moc纳米棒催化剂，用于硝酸羟胺基液体推进剂的催化分解。

4、进一步地，上述技术方案中，所述纳米棒形貌的moo3晶体中(020)及其平行晶面占总晶面含量的70％-100％，长度1-500μm，直径1-300nm。

5、进一步地，上述技术方案中，所述硝酸羟胺基推进剂催化分解的反应条件为，催化床预热至200℃及以上，在脉冲或稳态工况下实现硝酸羟胺基液体推进剂点火。

6、进一步地，上述技术方案中，所述moc催化剂应用前需要活化处理，条件为500-700℃，处理1-3h，升温速率为2-20℃/min；处理气氛为1-100％ch4/h2，1-100％h2/he或者1-100％h2/ar。

7、进一步地，上述技术方案中，所述moc催化剂通过将纳米棒形貌的moo3进行氮化与碳化后最终得到；具体制备步骤如下：

8、1)取纳米棒形貌的moo3置于反应设备中，在含氮气氛、600-900℃下进行氮化处理得到monx；

9、2)将氮化后的monx继续置于反应设备中，在1-100％ch4/h4混合气、600-900℃下完成碳化得到mocx催化剂；

10、3)通入0.1-10％o2/ar或者空气于mocx催化剂上，在10-50℃进行钝化，得到moc催化剂。

11、进一步地，上述技术方案中，步骤1)中氮化处理的升温速率为2-20℃/min，保温时长为60-240min，所述含氮气氛为nh3，n2，1-100％nh3/he，1-100％n2/he，1-100％nh3/ar，或者1-100％n2/ar。

12、进一步地，上述技术方案中，步骤2)中碳化的升温速率为2-20℃/min，保温时长为60-240min。

13、进一步地，上述技术方案中，步骤3)中钝化的时间为10-20h。

14、一种应用于han基液体推进剂的催化分解的moc nr催化剂。所述催化剂采用煅烧的方法制备，将商业的moo3纳米棒进行氮化碳化处理后得到最终的moc nr催化剂。具体过程为取一定量纳米棒状的moo3置于管式炉中，在含氮气氛下进行处理得到monx。样品monx继续置于管式炉中，在ch4/h4混合气的气氛下完成碳化得到mocx，继续通入o2/ar进行钝化得到所需催化剂。

15、将制备的moc nr催化剂装填于推进剂发动机催化床中，采用气体挤推方式供应推进剂，推进剂催化分解产生高温高压燃气，通过测量发动机催化床温度t、燃烧室压强pc实现对催化剂热试性能测试的考核，han基推进剂催化分解的反应条件为，催化床预热至200℃及以上(对于催化剂热试来说，催化剂性能越好，对催化床预热的温度要求越低)，在脉冲或稳态工况下实现han基液体推进剂点火。

16、与已有技术相比，本发明具有的实质性特点是：

17、1.本发明制备的特定暴露晶面的类贵金属moc催化剂，成功用于han基液体推进剂催化分解，实现了高效高稳定的非贵金属碳化物催化剂在han基液体推进剂催化分解反应领域的应用；

18、2.与现有技术的普通moc催化剂相比，本发明制备的moc nr催化剂具有更好的稳定性，解决了由于moc氧化失活导致的催化剂稳定性差，无法的问题；

19、3.有望实现han基液体推进剂催化分解反应贵金属催化剂的替代，从而解决由于贵金属储量低，价格昂贵，部分战略贵金属依赖进口等问题；

20、4.本发明将商业moo3纳米棒进行氮化及碳化处理后即可得到高效稳定类贵金属性质的非贵金属催化剂，工艺简单，成本可控，具有广阔的工业应用前景。

技术特征：

1.一种可替代贵金属的暴露特定晶面moc催化剂的应用，其特征在于：通过氮化并碳化纳米棒形貌的moo3，获得表面暴露(200)晶面占比50％-80％的α相moc纳米棒催化剂，用于硝酸羟胺基液体推进剂的催化分解。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述纳米棒形貌的moo3晶体中(020)及其平行晶面占总晶面含量的70％-100％，长度1-500μm，直径1-300nm。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述硝酸羟胺基推进剂催化分解的反应条件为，催化床预热至200℃及以上，在脉冲或稳态工况下实现硝酸羟胺基液体推进剂点火。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述moc催化剂应用前需要活化处理，条件为500-700℃，处理1-3h，升温速率为2-20℃/min；处理气氛为1-100％ch4/h2，1-100％h2/he或者1-100％h2/ar。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述moc催化剂通过将纳米棒形貌的moo3进行氮化与碳化后最终得到；具体制备步骤如下：

6.根据权利要求5所述催化剂的应用，其特征在于，步骤1)中氮化处理的升温速率为2-20℃/min，保温时长为60-240min，所述含氮气氛为nh3，n2，1-100％nh3/he，1-100％n2/he，1-100％nh3/ar，或者1-100％n2/ar。

7.根据权利要求5所述催化剂的应用，其特征在于，步骤2)中碳化的升温速率为2-20℃/min，保温时长为60-240min。

8.根据权利要求5所述催化剂的应用，其特征在于，步骤3)中钝化的时间为10-20h。

技术总结本发明公开了一种可替代贵金属的暴露特定晶面MoC催化剂的应用。该催化剂通过直接氮化及碳化商业MoO3纳米棒制得，能够调控表面暴露出大量(200)晶面，进而实现HAN基液体推进剂室温下，催化床预热至200℃及以上的工况条件下推进剂的催化分解，催化剂的活性及稳定性与贵金属催化剂相当，可有效替代贵金属催化剂用于HAN基液体推进剂的催化分解，解决由于贵金属储量低，价格昂贵，部分战略贵金属依赖进口等问题。技术研发人员：王晓东,夏连根,王智刚,王文涛,林坚,冯璐受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11