多孔铜的制备及其与高氯酸铵的反应机理研究

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本文采用氢气泡模板法,用硫酸铜和硫酸的混合溶液作为电解液,以副反应中产生的氢气泡为模板,制备得到多孔铜薄膜。采用扫描电镜(SEM)以及激光共聚焦显微镜(LSCM)对多孔铜进行表征,发现多孔铜具有海绵状结构,孔壁由不同尺度的铜微晶构成,这使得多孔铜具有较高的比表面积和孔隙率。重点研究了不同种类和浓度的添加剂对多孔铜三维结构形貌的影响,确定了添加剂的较优添加量,即HCl和PEG较为合适的添加量为10mmol/L和2g/L,十二烷基磺酸钠较为合适的添加量为0.1g/L。将高氯酸铵的丙酮饱和溶液滴加到多孔铜的表面,制备得到多孔铜-NH4ClO4复合材料。运用扫描电镜(SEM)以及X射线衍射仪(XRD)对填充前后的多孔铜形貌对比观察,发现填充后的多孔铜变得更为密实,孔壁上附着的深灰色物质即为NH4ClO4。对多孔铜-NH4ClO4复合材料进行热分析研究,结合TG-DSC-MS-IR联用仪,初步研究了多孔铜与NH4ClO4的反应机理尤其是多孔铜对NH4ClO4的热分解催化机理。使用DSC和XRD研究复合材料的反应过程,初步推断多孔铜-NH4ClO4复合材料在热分解发生如下反应:6NH4ClO4+4Cu→2CuCl+2CuO+3N2↑+12H2O↑+2Cl2←+5O2↑结合电子转移理论以及质子转移理论,可知较大的比表面积以及存在的不饱和状态均对多孔铜的催化性能十分有利。在热分解实际反应过程中,真正起关键催化作用的是多孔铜与NH4ClO4反应生成的CuO,CuO在NH4ClO4低温以及高温热分解的过程中,起到了很重要的桥梁式的催化作用,低价态的氧化物价带,通过接受转移的电子,实现了氧化物价带中空穴的湮没,进而催化了NH4ClO4的热分解。
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