Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Abstrak

Disiapkan komposit berbasis [Zn₄O(benzen-1,4-dikarboksilat)₃] (MOF-5) dan oksida grafit (GO) melalui metode solvothermal hijau sederhana, di mana GO digunakan sebagai platform untuk memuat MOF-5, dan diterapkan pada dekomposisi termal AP. Komposit yang dihasilkan dikarakterisasi dengan berbagai teknik seperti mikroskopi elektron emis (SEM), difraksi X-ray (XRD), adsorpsi nitrogen, spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FT-IR), kalorimetri pemindaian diferensial dan termogravimetri (DSC-TG). Analisis mengonfirmasi bahwa komposit material (GO@) MOF-5 tidak hanya dapat meningkatkan suhu puncak dekomposisi AP dari awal 409,7 °C menjadi 321,9 °C, tetapi juga dapat meningkatkan entalpi (△H) dari 576 J g⁻¹ menjadi 1011 J g⁻¹ dan mengurangi energi aktivasi (Ea), sehingga mempercepat reaksi dekomposisi. Luas permukaan spesifik yang tinggi dari material MOF dapat menyediakan sejumlah besar situs aktif, sehingga ion logam transisi yang didukung di atasnya dapat berpartisipasi lebih efektif dalam proses transfer elektron, dan GO memainkan peran sebagai jembatan dengan konduktivitas termal dan listrik yang efisiennya. Bersama-sama, mempercepat proses dekomposisi termal AP.

Pendahuluan

Performansi pembakaran adalah indikator penting untuk mengukur performansi properel padat. Properti dekomposisi termal perklorat amonium (AP) yang sering digunakan sebagai oksidan kuat, memainkan peran penting dalam performansi pembakaran komposisi properel keseluruhan. Menambahkan modifikasi laju pembakaran yang akan disebut selanjutnya sebagai katalis ke dalam formulasi properel dapat secara efektif meningkatkan performasinya[1,2,3]. Khususnya beberapa logam dan oksida mereka, seperti tembaga [4,5,6,7,8,9], nikel [10, 11], seng [12, 13], kobalt [14, 15], dan nanomaterial karbon [16,17,18].

Material kerangka logam-organik (MOF) telah banyak digunakan dalam adsorpsi, katalisis, dan perangkat optoelektronik karena luas permukaan spesifik yang besar, porositas tinggi, dan properti unggul lainnya, dan telah menerima minat besar dalam beberapa tahun terakhir [19,20,21,22,23,24]. MOF terbentuk dari perakitan sendiri ion logam atau kluster logam dan ligan organik, dan umumnya terbentuk melalui metode solvothermal di bawah kondisi ringan di mana proses persiapan hemat biaya dan banyak digunakan. Dan jenis material ini memiliki aktivitas tinggi dalam mengkatalisis oksidasi alkana, olefin, alkohol, dan CO, selain itu, MOF menyediakan sejumlah besar situs aktif yang terdistribusi seragam untuk logam transisi, yang dapat menghasilkan oksida logam in situ selama pembakaran properel dan mempromosikan pembakaran [25]. Oleh karena itu, berdasarkan properti unggul di atas, mungkin untuk menggunakan material MOF dalam sistem properel AP dan menggunakannya sebagai modifikasi laju pembakaran untuk AP untuk meningkatkan performansi pembakaran sistem properel keseluruhan.

Namun, struktur kerangka terbuka dari MOF tanpa adsorpsi non-spesifik yang kuat dan dengan dispersi yang buruk. Untuk alasan ini, beberapa pendahulu mencoba menggabungkannya dengan nanomaterial karbon, Kumar menemukan bahwa komposit nanohibrid GO dengan ZIF-8 menunjukkan morfologi dan porositas skala nano yang dapat disesuaikan, dan komposit ini memiliki tingkat penyimpanan CO₂ yang tinggi [26]; Jabbari mengembangkan komposit nanohibrid berbasis Cu-BTC MOF, GO, CNT, dan partikel magnetis Fe₃O₄ melalui metode solvothermal hijau sederhana, di mana GO dan CNT digunakan sebagai platform untuk memuat Cu-BTC MOF terstruktur nano dan Fe₃O₄ MNP, dan komposit nanomaterial menunjukkan kapasitas adsorpsi polutan yang ditingkatkan dibandingkan dengan material induk [27]; Ge Chunhua mempersiapkan bola karbon kaya karbosil (CCSs) dan kerangka logam-organik berbasis tembaga (MOF), dan diungkapkan bahwa grup karbosil yang kaya dari CCSs dapat secara substansial meningkatkan koneksi dengan ion Cu dalam MOF, dan bermanfaat untuk pertumbuhan permukaan homogen HKUST-1 pada inti CCSs [28]. Banyak studi telah menunjukkan bahwa grup fungsional yang kaya pada permukaan GO menjadikannya platform potensial untuk mempromosikan pertumbuhan MOF dan meningkatkan daya dispersinya. Pada saat yang sama, kehadiran GO dapat secara efektif meningkatkan konduktivitas listrik dan termal dari komposit.

Dalam karya ini, komposit MOF-5 dan GO disiapkan dengan metode solvothermal hijau dan ditambahkan ke AP untuk menyelidiki efek katalitiknya pada dekomposisi termal AP.

Metode

Bahan

Bubuk perklorat amonium (NH₄CIO₄, AP) dibeli dari Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. Reagen Zn(NO₃)₂·6H₂O, asida 1,4-benzenedikarboksilat (H₂BDC), alkohol etil, DMF, dan asetat etil dibeli dari Tianjin Guangfu Technology Development Co., Ltd. GO disiapkan dengan metode Hummers yang dimodifikasi.

Penyediaan GO

GO disiapkan dengan menggunakan metode Hummers yang ditingkatkan [29, 30]. Singkatnya, bubuk grafit dioksidasi menggunakan asam sulfur, kalium permanganat, dan peroksida hidrogen di dalam kolam air suhu konstan pada suhu rendah. Tingkatkan suhu ke 35 °C dan lanjutkan reaksi selama 2 jam, kemudian pindahkan ke reaksi pot suhu tinggi dan tambahkan jumlah yang sesuai peroksida hidrogen dan asam klorida yang diencerkan untuk melanjutkan oksidasi. Akhirnya, oksida grafit akhir yang dihasilkan setelah dialisis menjadi netral, stripping ultrasonik, sentrifugasi, dan penyekatan beku diperoleh.

Penyediaan MOF-5 dan GO@MOF-5

Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, zink nitrate heksahidrat dan asida tereftalat dilarutkan dalam 30 mL DMF dalam reaktor tahan suhu tinggi. Campuran reaksi dipanaskan dalam tungku pada 120 °C selama 20 jam untuk menghasilkan kristal kubik besar MOF-5. Reaksi vessel kemudian diambil dari tungku dan didinginkan ke suhu kamar. Kristal kubik dicuci berulang kali dengan DMF dan direndam dalam kloroform selama 12 jam, difilter, dan dikeringkan.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Penyediaan (GO@) MOF-5

GO yang telah disiapkan sebelumnya ditambahkan ke larutan prekursor MOF-5 dan disperdi secara ultrasonik, dan langkah-langkah yang tersisa sesuai dengan penyediaan MOF-5. Untuk menjelajahi sinergi antara GO dan MOF dengan lebih baik, rasio GO 3,5 %, 5 %, dan 7 % ditambahkan, masing-masing, dan disebut MGG-3,5 %, MGG-5 %, dan MGG-7 %.

Penyediaan MOF-5/AP dan GO@MOF-5/AP

Disiapkan MOF-5/AP menggunakan metode pelarut-nonpelarut dan memilih DMF dan asetat etil sebagai pelarut dan nonpelarut masing-masing. Pertama, (GO@) MOF-5 yang disiapkan ditambahkan ke dalam 100 mL larutan asetat etil dan diaduk secara merata. Kemudian ambil 10 mL larutan AP yang disiapkan (larutan jenuh AP yang dibuat dari DMF sebagai pelarut), teteskan secara merata larutan asetat etil yang dicampur dengan (GO@) MOF-5 ke dalam larutan AP yang disiapkan, dan diaduk secara merata dengan bar magnet selama 20 menit. Akhirnya, difilter dan dikeringkan pada 50 °C selama 12 jam, dan campuran (GO@) MOF-5/AP disiapkan.

Karakterisasi

Morfologi permukaan, ukuran rata-rata, dan distribusi ukuran sampel yang disiapkan dikarakterisasi menggunakan mikroskopi elektron emis (SEM, SU-8020, Hitachi, Jepang). Difraktometer X-ray DX-2700 (XRD, Dan Dong Hao Yuan Corporation, Liaoning, Tiongkok) digunakan untuk menganalisis konten elemen sampel pada tegangan 40 kV dan arus 30 mA menggunakan radiasi Cu-Ka. Struktur juga dianalisis dengan spektrometer inframerah transformasi Fourier (FTIR-650, Tianjin Gangdong Corporation).

Luas permukaan Brunauer-Emmett-Teller (BET) dari sampel yang disintesis ditentukan oleh fisiadsorpsi N₂ pada 77 K menggunakan instrumen deteksi permukaan Belsorp-max.

Sampel dianalisis menggunakan kalorimetri pemindaian diferensial DSC-131 (Perusahaan Setaram Perancis, Shanghai, Tiongkok). Kondisi DSC adalah sebagai berikut: massa sampel, 0,5 mg; laju pemanasan, 5, 10, 15, 20 °C/min; atmosfer nitrogen, 30 mL/min. Analis termal TG Mettler Toledo pada laju pemanasan 10 °C/min di bawah atmosfer nitrogen.

Apparatus palu jatuh sensitivitas tipe 12 untuk menguji sensitivitas dampak. Tinggi khusus (H₅₀) mewakili tinggi dari mana palu jatuh 2,5 ± 0,002 kg akan menghasilkan peristiwa ledakan dalam 50 % dari percobaan. Kondisi uji untuk dosis adalah 35 ± 1 mg, suhu 10~35 °C, kelembaban relatif≦ 80 %.

Hasil dan Pembahasan

Karakteristik MOF-5 dan GO@MOF-5

Tekstur sampel dapat diamati pada citra mikroskopi elektron emis (SEM) yang ditampilkan dalam Gambar 2. Gambar 2a menunjukkan plot material AP dengan berbagai bentuk, dengan ukuran partikel rata-rata sekitar 100–200 μm. Permukaan GO memiliki kerutan sebagian, dan tepinya juga bertingkat, yang umumnya merupakan struktur berlapis. Jelas bahwa MOF-5 menunjukkan struktur kubik yang teratur. Kehadiran pori dapat diamati pada pembesaran, sementara GO@MOF-5 tetap mempertahankan struktur kubik MOF-5 dan dengan banyak lembar GO yang melekat pada permukaan, yang juga menunjukkan bahwa penambahan jumlah kecil material karbon tidak mempengaruhi morfologi material MOF.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Citra SEM dari (a) AP murni; (b) GO; (c) MOF-5, (d) GO@MOF-5

Gambar 3 menunjukkan difraksi X-ray (XRD) bubuk dari komposit yang disintesis. Jelas terlihat dari gambar bahwa puncak karakteristik GO yang lebar pada 2θ = 10,5° menunjukkan bahwa struktur grafit telah hancur dan jarak antar lapis diperluas untuk membentuk struktur baru. Posisi puncak kristal MOF-5 umumnya konsisten dengan yang dilaporkan dalam literatur [25, 31]. Karena MOF-5 adalah material induk, karakteristik strukturnya menduduki posisi dominan dalam komposit material. Puncak difraksi komposit dapat dilihat dari pola XRD dan itu secara dasar coinciding dengan posisi MOF-5. Petit et al. [32] melaporkan bahwa puncak komposit terpecah dan menjadi semakin jelas dengan peningkatan GO. Diduga mungkin karena kehadiran GO, yang meningkatkan deformasi material. Namun, dalam studi ini, hampir dapat ditentukan bahwa tidak akan ada efek signifikan pada struktur material karena konten GO yang kecil, yang konsisten dengan dugaan dalam analisis SEM.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Kurva XRD sampel

Analisis spektroskopi energi-dispersif (EDS) dilakukan untuk mengidentifikasi komponen MOF-5 dan GO@MOF-5. Gambar 4a menunjukkan citra pemetaan elemen dari distribusi seragam elemen C, O, dan Zn, yang membuktikan bahwa fungsi kerangka material MOF dapat membuat elemen logam yang sesuai terdistribusi seragam dan menghindari pengendapan partikel logam. Dan citra pemetaan elemen GO@MOF-5 juga menunjukkan distribusi seragam elemen C, O, dan Zn. Konten karbon lebih jelas pada permukaan sampel daripada MOF-5, yang menunjukkan bahwa lapis GO melekat dengan baik pada permukaan material MOF.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Citra pemetaan EDS dari a MOF-5 dan b GO@MOF-5

Gambar 5 menunjukkan spektral FT-IR dari MOF-5 dan GO@MOF-5; spektral inframerah MOF-5 dan kompleksnya dengan material karbon mirip dengan yang dilaporkan dalam literatur terkait [20, 31]. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, puncak yang disebabkan oleh gerangan simetris grup karboksil dalam BDC dapat dilihat pada 1386 cm⁻¹, dan puncak gerangan asimetris grup karboksil muncul pada 1581 cm⁻¹. Selain itu, pita lebar pada 3000–3604 cm⁻¹ diduga kehadiran air dalam koordinasi logam. Setelah menambahkan jumlah kecil GO, struktur kristal komposit tetap esensialmente intrinsik, dan tidak ada perubahan signifikan. Ini juga terbukti bahwa penambahan jumlah kecil GO tidak mempengaruhi properti MOF.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Spektral FT-IR MOF-5 dan GO@MOF-5

Karakteristik pori sampel ditentukan dari isoterma adsorpsi nitrogen yang ditampilkan dalam Gambar 6. Isoterm (Gambar 6a) menunjukkan bahwa sampel MOF menunjukkan perilaku sorpsi tipe I tipikal. Seperti yang diperoleh dari data adsorpsi N₂, luas permukaan Brunauer-Emmett-Teller MOF-5 lebih tinggi daripada GO@MOF-5, yang juga dilaporkan oleh Petit [32]. Ketika konten GO kurang dari 10 %, luas permukaan spesifik akan menurun dibandingkan dengan material baku MOF-5, yang mungkin disebabkan oleh pengeboran beberapa pori kecil ketika GO digabungkan dengan MOF, yang mengakibatkan penurunan BET. Dan itu juga menunjukkan bahwa peran GO dalam komposit AP mungkin bergantung terutama pada konduktivitas termal dan listrik yang unggulnya. Terlihat dari Gambar 6b bahwa distribusi ukuran pori MOF-5 dan kompositnya kurang dari 2 nm, yang membuktikan bahwa kedua materi termasuk struktur mikropori dan terutama berkonsentrasi di sekitar 1 nm. Parameter spesifik yang relevan tertera dengan jelas dalam Tabel 1.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

a Isoterm adsorpsi nitrogen dan b kurva volume pori tambahan dari MOF-5 dan GO@MOF-5

Analisis Termal AP Murni Partikel

Kurva DSC AP murni ditunjukkan dalam Gambar 7. Dekomposisi termal AP adalah proses reaksi yang kontinu dan kompleks [4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18]. Terlihat dari gambar bahwa kurva memiliki puncak endotermik yang jelas pada 245 °C, yang merupakan puncak endotermik dari transisi kristal AP. Pada saat ini, partikel AP berubah dari ortombik menjadi kubik, dan proses ini diiringi oleh endotermik. Kemudian, akan ada dua puncak eksotermik naik, yaitu puncak dekomposisi suhu rendah (LTD) pada 311,8 °C dan puncak dekomposisi suhu tinggi (HTD) pada 409,7 °C. Dekomposisi suhu rendah biasanya diiringi oleh proses disosiasi dan sublimasi, terutama reaksi fase padat, dan sedikit reaksi fase gas [3]. Selama dekomposisi suhu rendah, AP mulai terdekomposisi dan membentuk intermediasi oksidatif seperti ClO, ClO₃, O₂, dan H₂O, dan sebagian O₂ dapat diubah menjadi ion superoxide (O₂⁻), yang akan berkontribusi pada oksidasi NH₃, sementara NH₃ yang tidak dioksidasi akan menempel pada kristal AP yang menghambat dekomposisi termal AP, dan proses dekomposisi suhu rendah berakhir. Seiring bertambahnya suhu, NH₃ berlebih desorpsi, dan pusat reaksi potensial pada permukaan kristal AP diaktifkan kembali, memasuki tahap dekomposisi suhu tinggi yang didominasi oleh reaksi fase gas sampai AP terdekomposi sepenuhnya. Kurva TG AP murni juga menunjukkan bahwa AP mengalami dua tahap kehilangan massa selama dekomposisi termal, menghasilkan kehilangan massa sebesar 22 % dan 78 %, masing-masing, yang menunjukkan rilis produk gas yang sesuai dengan dua tahap dekomposisi.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

a Kurva DSC dan b kurva TG sampel komposit AP (10 °C/min, atmosfer N₂)

Analisis Termal Komposit AP/(GO@)MOF-5

Terlihat dari Gambar 7a bahwa dua puncak dekomposisi eksotermik dari kompleks AP setelah penambahan material (GO@) MOF secara signifikan dipercepat, sementara puncak endotermik pertama muncul pada posisi yang sama dengan AP murni, menunjukkan bahwa katalis tidak berpengaruh pada suhu transisi kristal. Setelah penambahan GO, tahap pirolisis dipercepat, terutama karena kinerja transfer panas yang unggul dari GO dan mobilitas elektron yang tinggi yang ditampilkan selama transfer elektron. Dan suhu puncak dekomposisi dua AP/MOF-5 dipercepat menjadi 288,1 °C dan 322,5 °C, masing-masing, sementara suhu puncak dekomposisi AP/GO@MOF-5 dipercepat menjadi 293,9 °C dan 321,9 °C, dan puncak HTD dari kedua komposit ini hampir 87 °C di depan AP baku, menunjukkan efek katalitik yang jelas pada dekomposisi termal AP. Pada saat yang sama, terlihat dari kurva TG Gambar 7b bahwa persentase tahap kehilangan massa pertama dari komposit AP dengan material (GO@) MOF meningkat secara signifikan, menunjukkan bahwa tahap dekomposisi termal beralih ke suhu yang lebih rendah, yang juga tercermin oleh kurva DSC. Ini juga dapat terlihat dengan jelas dari grafik DSC bahwa tahap LTD lebih jelas daripada HTD dan luas puncaknya lebih besar, menunjukkan bahwa tahap HTD hampir bersamaan dengan tahap LTD.

Untuk lebih menjelajahi efek katalitik komposit (GO@) MOF pada AP, metode Kissinger digunakan untuk menentukan parameter kinetik yang relevan dari data termal, dan lebih mendemonstrasikan efek katalitik. Energi aktivasi (Ea) dihitung dengan menguji puncak kurva DSC pada laju pemanasan yang berbeda. Faktor pra-eksponensial (A) dapat diperoleh dengan asumsi dekomposisi mengikuti kinetika urutan pertama [3, 14]. Kurva DSC AP/MOF-5 dan AP/GO@MOF-5 pada laju pemanasan yang berbeda dari 5 °C hingga 20 °C ditunjukkan dalam Gambar 8a dan b, masing-masing. Terlihat dari gambar bahwa puncak LTD dan HTD dari sampel semuanya dialihkan ke suhu yang lebih tinggi dengan mengubah laju pemanasan dari 5 hingga 20 °C/min, yang juga menunjukkan bahwa laju pemanasan juga berpengaruh pada proses dekomposisi karena sampel memiliki histeresis terhadap suhu pada laju pemanasan yang berbeda. Hubungan antara suhu dekomposisi dan laju pemanasan dapat dijelaskan oleh korelasi Kissinger [33].

$$ \ln \left(\frac{\beta }{T\mathrm{m}2}\right)=\ln \left(\frac{AR}{Ea}\right)-\frac{Ea}{RTm} $$ (1)

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Efek laju pemanasan pada hasil DSC dari a AP/MOF-5 dan b AP/GO@MOF-5 (atmosfer N₂)

Dalam persamaan ini, di mana β, T_m, R, A, dan Ea adalah laju pemanasan/°C min⁻¹, suhu/K, konstanta gas ideal, faktor pra, dan energi aktivasi/kJ mol⁻¹, masing-masing. Ea dapat dihitung dari kemiringan hubungan linier antara ln(β/T_m²) dan 1/T_m. Gambar 9 menunjukkan fitting linier ln(β/T_m²) dan 1/T_m dari AP/MOF-5 dan AP/GO@MOF-5, menunjukkan bahwa dekomposisi termal sampel ini mengikuti hukum kinetika urutan pertama dan dihitung secara spesifik, dan data ditampilkan dalam Gambar 10. Entalpi komposit AP meningkat secara signifikan dari 576 J g⁻¹ menjadi 815,9 J g⁻¹ dan 1011 J g⁻¹ setelah penambahan material (GO@) MOF dan Ea menurun dari 143,8 kJ mol⁻¹ menjadi 139,6 kJ mol⁻¹ dan 84,6 kJ mol⁻¹ sesuai, yang mungkin disebabkan oleh termodinamika beberapa oksida logam atau klorida yang terbentuk selama proses katalitik tidak stabil, yang mengurangi Ea dekomposisi termal AP.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Hasil fitting ln(β/T_p²) dan 1/T_p dari a AP/MOF-5 dan b AP/GO@MOF-5

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Sensitivitas dampak sampel

Pada saat yang sama, untuk lebih membuktikan peran GO dalam komposit AP, tinggi khusus (H₅₀) dari sampel komposit berbasis AP diuji, dan hasil uji ditampilkan dalam Gambar 10. Terlihat dari tabel bahwa sampel dengan material GO@MOF memiliki nilai H₅₀ yang paling tinggi, yang berarti sensitivitasnya lebih rendah daripada sampel lainnya, menunjukkan bahwa penambahan GO secara efektif menampilkan konduktivitas termal yang unggulnya dan mengurangi panas lokal yang dapat menyebabkan pembentukan “titik panas,” dan ini memenuhi stabilitas dan keamanan seluruh sistem. Selain itu, dengan peningkatan konten GO, stabilitas sistem juga ditingkatkan secara halus, yang juga mengonfirmasi efek GO.

Dari hasil di atas, jelas bahwa (GO@) MOF dapat secara signifikan mempromosikan proses dekomposisi termal AP, terutama dekomposisi suhu tinggi dan entalpi. Kehadiran amonia dan klorin sering kali adalah alasan utama dari penundaan dekomposisi termal AP, yaitu dekomposisi asam perklorat dan oksidasi amonia [3]. Material MOF dapat secara efektif mengikis molekul amonia gas, mencegahnya untuk menempel pada permukaan kristal AP untuk mempromosikan reaksi dekomposisi dan menurunkan suhu puncak dekomposisi. Pada saat yang sama, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 11, Zn yang dimuat MOF berada dalam keadaan tidak terpuas, dan mudah untuk mengikis substansi dengan elektron berlebih, terutama mudah untuk memecah ikatan N-X, yang mengakibatkan peningkatan ΔH. Dan juga mudah bereaksi dengan oksida nitrogen yang dihasilkan oleh dekomposisi AP, yang dapat memicu reaksi dekomposisi yang cepat. Selain itu, ion logam transisi juga dapat mempercepat konversi O² yang dihasilkan oleh dekomposisi HClO₄ menjadi ion superoxide (O₂⁻), yang berkontribusi pada oksidasi NH₃. Dalam seluruh proses dekomposisi termal AP, GO terutama memanfaatkan konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, dan secara efektif mengurangi pembentukan titik panas, sehingga mengurangi sensitivitas dan meningkatkan stabilitas sistem.

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Diagram mekanisme dekomposisi termal AP/(GO@)MOF

Selain itu, upaya telah dilakukan untuk mengubah rasio material MOF dan proporsi GO dalam komposit GO@MOF. Kurva DSC spesifik dan data terkait ditampilkan dalam Gambar 12 dan Tabel 2. Untuk membedakan berbagai sampel dengan lebih baik dan lebih mudah, AP/MOF-5 dengan 3 % dan 10 % MOF disebut masing-masing AP/MG-3 dan AP/MG-10. MOF mencakup 5 %, sementara GO mencakup 3,5 %, 5 %, dan 7 % dan disingkat sebagai AP/MGG-3,5 %, AP/MGG-5 %, dan AP/MGG-7 %. Terlihat dari kurva DSC Gambar 9 bahwa ketika konten GO adalah 3,5 % dan rasio GO@MOF dalam komposit AP adalah 5 %, dua suhu puncak dekomposisi paling jauh dipercepat, dan efek katalitik yang sesuai juga optimal (Gambar 13).

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Kurva DSC dari proporsi sampel yang berbeda (10 °C/min, atmosfer N₂)

Dekomposisi Termal yang Ditingkatkan Perklorat Amonium Menggunakan Katalis Komposit GO@MOF‑5

Parameter termodinamis proporsi sampel yang berbeda

Kesimpulan

Secara ringkas, komposit AP/(GO@) MOF disiapkan, dan efek katalitiknya pada dekomposisi termal AP diteliti. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa komposit GO@MOF memiliki efek katalitik yang signifikan pada dekomposisi termal AP, dan tidak hanya HTD AP yang signifikan dipercepat, tetapi juga ΔH efektif ditingkatkan dan energi aktivasi reaksi diturunkan. Di antaranya, ketika konten GO adalah 3,5 % dan konten total GO@MOF-5 adalah 5 %, kompleks AP memiliki efek katalitik terbaik. Ini terutama karena luas permukaan spesifik yang tinggi dari material MOF, yang menyediakan lebih banyak pusat reaksi dan adsorpsi yang kuat, serta keuntungan besar dari GO dalam konduksi panas dan transfer elektron, yang secara sinergi mempercepat proses dekomposisi termal AP. Selain itu, studi ini memberikan dukungan eksperimental dan teoretis untuk aplikasi komposit MOF dan GO dalam dekomposisi termal AP.

Singkatan

AP:

Perklorat amonium

BET:

Brunauer-Emmett-Teller

CCSs:

Bola karbon kaya karbosil

CNT:

Nanotubus karbon

DSC-TG:

Kalorimetri pemindaian diferensial dan termogravimetri

Ea:

Energi aktivasi

EDS:

Spektroskopi energi-dispersif

FT-IR:

Spektrometer inframerah transformasi Fourier;

GO:

Oksida grafit

H2BDC:

Asida 1,4-benzenedikarboksilat

HTD:

Dekomposisi suhu tinggi

LTD:

Dekomposisi suhu rendah

MOF-5:

Zn₄O(benzen-1,4-dikarboksilat)₃

MOFs:

Kerangka logam-organik

SEM:

Mikroskopi elektron emis

XRD:

Difraksi X-ray

ΔH:

Entalpi


bahan nano

  1. Karbida Tungsten Nano – Katalis Seperti Platinum
  2. Memahami Efek Kulit: Dampak pada Konduktor AC dan Aplikasi RF
  3. Kenaikan Cepat Susu Nabati: Pertumbuhan Pasar dan Tren Konsumen
  4. Bagaimana Suhu Kriogenik Mempengaruhi Plastik High-Performance: Wawasan Ahli
  5. Dampak Penambahan SiO₂ Jejak pada Sintrasi Tahap Awal Nanopulver 3Y-TZP
  6. Dampak Anion Sulfat pada Nukleasi Titania Ultrafine selama Hidrolisis TiCl4
  7. Efek Plasma Non-Imbalan Kontak pada Nanopartikel Spinel Mn_xFe_3−xO_4: Wawasan Struktural dan Magnetis
  8. Polietilena Glikol Meningkatkan Fotokatoda NiO untuk Sel Surya Tandem Titik Kuantum
  9. Eksfoliasi Tanpa Ultrasuara yang Efisien Mengungkap Struktur TaS₂ Monolayer hingga Beberapa Lapisan
  10. Dari Pemeliharaan Terjadwal ke Prediktif: Peta Transformasi Langkah demi Langkah