高氯酸銨(AP，NH4ClO4)是復(fù)合固體推進(jìn)劑(CSP)中常用的強(qiáng)氧化劑，通常占CSP總質(zhì)量的70%以上�；�于此，CSP的燃燒性能，特別是燃燒速率等，與AP的熱分解性能密切相關(guān)。

采用冰晶模板法在不添加任何化學(xué)修飾劑的基礎(chǔ)上，成功在MXene納米片上原位合成了CuO納米粒子，并以此制備出了MXene負(fù)載的氧化銅納米復(fù)合材料(MCNs)。通過該方法制備出CuO納米粒子可以穩(wěn)定均勻地分散在MXene納米片表面(圖1)。

圖1：制備MXene負(fù)載CuO納米復(fù)合材料(MCNs)的流程示意圖從MXene與CuO的比例出發(fā)，研究了不同比例的CuO(5, 10, 20, 30, 40 and 50 wt%)負(fù)載在MXene納米片上對(duì)納米復(fù)合材料(MCNs-1, MCNs-2, MCNs-3, MCNs-4, MCNs-5, MCNs-6)的微觀形貌、比表面積以及催化性能等方面的影響。

研究結(jié)果表明，原位生長的CuO納米粒子的比例可以對(duì)其在MXene納米片上的分散造成影響(圖2)。一定比例的CuO納米粒子可以均勻地分散在MXene納米片上，但隨著比例的增加，CuO納米粒子會(huì)聚集成不規(guī)則的納米片。同時(shí)，CuO納米粒子的比例也**影響MCNs的比表面積與孔徑分布(圖3)。CuO納米粒子負(fù)載在MXene納米片上可以**增加比表面積，并產(chǎn)生豐富的介孔。

圖2：(a) 純MAX，(b) 純MXene，(c) 純CuO，(d) MCNs-1，(e) MCNs-2，(f) MCNs-3，(g) MCNs-4，(h) MCNs-5和(i) MCNs-6的SEM圖像

圖3：MXene、MCNs-1、MCNs-2、MCNs-3、MCNs-4、MCNs-5、MCNs-6和CuO的N2吸附-解吸附等溫線(a)和孔徑分布(b)

MCNs在催化AP熱分解方面表現(xiàn)出了**的催化活性(圖4)，這種高活性歸因于MCNs具有較大的比表面積，可以為AP提供更多的催化活性中心和接觸面積，同時(shí)，介孔結(jié)構(gòu)也可以通過改善催化過程中的物質(zhì)運(yùn)輸從而促進(jìn)AP的熱分解。此外，通過研究MCNs與AP的比例獲得了MCNs和AP的較佳配比(圖5)。

圖4：(a) 熱重分析(TGA)，(b) 導(dǎo)數(shù)熱重分析(DTG)，(c) 高氯酸銨(AP)在2 wt%催化劑(MXene、MCNs-1、MCNs-2、MCNs-3、MCNs-4、MCNs-5、MCNs-6、CuO)存在和不存在下的差示掃描量熱分析(DSC)曲線，以及(d) 在有催化劑和沒有催化劑的情況下AP分解過程中的熱釋放

圖5: (a) 熱重分析(TGA)，(b) 導(dǎo)數(shù)熱重分析(DTG)，(c) 高氯酸銨(AP)在不同比例催化劑(MCNs-3，1%，2%，4%，6%，8%)存在和不存在時(shí)的差示掃描量熱分析(DSC)曲線，以及(d) AP在有催化劑和沒有催化劑時(shí)分解過程中的熱釋放

通過冰晶模板法在不添加任何化學(xué)修飾劑的情況下，快速簡便地合成出具有大表面積以及介孔結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，可以為金屬氧化物納米復(fù)合催化劑的設(shè)計(jì)提供新思路，這對(duì)開拓金屬氧化物在催化AP熱分解領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

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