干燥方式对高氯酸铵/石墨烯复合材料的结构和热分解行为的影响

王学宝 李晋庆 罗运军

引用本文: 王学宝, 李晋庆, 罗运军. 干燥方式对高氯酸铵/石墨烯复合材料的结构和热分解行为的影响[J]. 物理化学学报, 2013, 29(10): 2079-2086. doi: 10.3866/PKU.WHXB201305021 shu
Citation:  WANG Xue-Bao, LI Jin-Qing, LUO Yun-Jun. Effect of Drying Methods on the Structure and Thermal Decomposition Behavior of Ammonium Perchlorate/Graphene Composites[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(10): 2079-2086. doi: 10.3866/PKU.WHXB201305021 shu

干燥方式对高氯酸铵/石墨烯复合材料的结构和热分解行为的影响

  • 基金项目:

    北京理工大学基础研究基金(20110942019)资助项目 (20110942019)

摘要:

通过溶胶-凝胶法制备了石墨烯水凝胶, 并将其与高氯酸铵(AP)复合, 然后分别采用自然干燥、冷冻干燥和超临界CO2干燥三种干燥方式制备了AP/石墨烯复合材料, 并通过扫描电镜(SEM)、元素分析、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和热重-红外联用技术(TG-FTIR)研究了不同干燥方式对其结构和热分解行为的影响. 结果表明, 干燥方式对AP/石墨烯复合材料的形貌具有明显影响, 其中通过超临界CO2干燥制备的AP/石墨烯复合材料基本能保持与石墨烯气凝胶相似的外观和多孔结构. 通过自然干燥、冷冻干燥和超临界CO2干燥制备的AP/石墨烯复合材料中AP的质量分数分别为89.97%、92.41%和94.40%, 其中通过超临界CO2干燥制备的复合材料中AP的粒径尺寸为69 nm. DSC测试结果表明, 石墨烯对AP的热分解过程具有明显的促进作用, 能使AP的低温分解过程大大减弱, 高温分解峰温明显降低. 三种干燥方式相比, 通过超临界CO2干燥制备的AP/石墨烯复合材料中石墨烯的促进作用最明显. 与纯AP相比, 其高温分解峰温降低了83.7℃, 表观分解热提高到2110 J·g-1. TG-FTIR分析结果表明, AP/石墨烯复合材料的热分解过程中, AP分解产生的氧化性产物与石墨烯发生了氧化反应, 生成了CO2.

English

    1. [1]

      (1) Zhou, L. M.; Liu, H. Y.; Li, F. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2006,22 (5), 627. [周龙梅, 刘宏英, 李凤生. 物理化学学报, 2006,22 (5), 627.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20060521

      (1) Zhou, L. M.; Liu, H. Y.; Li, F. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2006,22 (5), 627. [周龙梅, 刘宏英, 李凤生. 物理化学学报, 2006,22 (5), 627.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20060521

    2. [2]

      (2) Liu, H. B.; Jiao, Q. Z.; Zhao, Y.; Li, H. S.; Sun, C. B.; Li, X. F.;Wu, H. Y. Mater. Lett. 2010, 64, 1698. doi: 10.1016/j.matlet.2010.04.061(2) Liu, H. B.; Jiao, Q. Z.; Zhao, Y.; Li, H. S.; Sun, C. B.; Li, X. F.;Wu, H. Y. Mater. Lett. 2010, 64, 1698. doi: 10.1016/j.matlet.2010.04.061

    3. [3]

      (3) Liu, L. L.; Li, F. S.; Tan, L. H.; Min, L.; Yi, Y. Propellants Explos. Pyrotech. 2004, 29, 34.(3) Liu, L. L.; Li, F. S.; Tan, L. H.; Min, L.; Yi, Y. Propellants Explos. Pyrotech. 2004, 29, 34.

    4. [4]

      (4) Kapoor, I. P. S.; Srivastava, P.; Singh, G. Propellants Explos. Pyrotech. 2009, 34, 351. doi: 10.1002/prep.v34:4(4) Kapoor, I. P. S.; Srivastava, P.; Singh, G. Propellants Explos. Pyrotech. 2009, 34, 351. doi: 10.1002/prep.v34:4

    5. [5]

      (5) Luo, X. L.; Han, Y. F.; Yang, D. S.; Chen, Y. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (2), 297. [罗小林,韩银凤, 杨德锁,陈亚芍. 物理化学学报, 2012, 28 (2), 297.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201112012(5) Luo, X. L.; Han, Y. F.; Yang, D. S.; Chen, Y. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (2), 297. [罗小林,韩银凤, 杨德锁,陈亚芍. 物理化学学报, 2012, 28 (2), 297.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201112012

    6. [6]

      (6) Chandru, R. A.; Patra, S.; Oommen, C.; Munichandraiah, N.;Raghunandan, B. N. J. Mater. Chem. 2012, 22, 6536. doi: 10.1039/c2jm16169a(6) Chandru, R. A.; Patra, S.; Oommen, C.; Munichandraiah, N.;Raghunandan, B. N. J. Mater. Chem. 2012, 22, 6536. doi: 10.1039/c2jm16169a

    7. [7]

      (7) Li, N.; Cao, M. H.;Wu, Q. Y.; Hu, C. W. CrystEngComm 2012,14, 428. doi: 10.1039/c1ce05858d(7) Li, N.; Cao, M. H.;Wu, Q. Y.; Hu, C. W. CrystEngComm 2012,14, 428. doi: 10.1039/c1ce05858d

    8. [8]

      (8) Chaturvedi, S.; Dave, P. N. J. Exp. Nanosci. 2012, 7 (2), 205.doi: 10.1080/17458080.2010.517571(8) Chaturvedi, S.; Dave, P. N. J. Exp. Nanosci. 2012, 7 (2), 205.doi: 10.1080/17458080.2010.517571

    9. [9]

      (9) Han, X.; Sun, Y. L.; Wang, T. F.; Lin, Z. K.; Li, S. F.; Zhao, F.Q.; Liu, Z. R.; Yi, J. H.; Ren, X. E. J. Therm. Anal. Calorim.2008, 91, 551. doi: 10.1007/s10973-007-8290-6(9) Han, X.; Sun, Y. L.; Wang, T. F.; Lin, Z. K.; Li, S. F.; Zhao, F.Q.; Liu, Z. R.; Yi, J. H.; Ren, X. E. J. Therm. Anal. Calorim.2008, 91, 551. doi: 10.1007/s10973-007-8290-6

    10. [10]

      (10) Reshmi, S.; Catherine, K. B.; Nair, C. P. R. Int. J. Nanotechnol.2011, 8 (10-12), 979.(10) Reshmi, S.; Catherine, K. B.; Nair, C. P. R. Int. J. Nanotechnol.2011, 8 (10-12), 979.

    11. [11]

      (11) Compton, O. C.; Nguyen, S. T. Small 2010, 6, 711. doi: 10.1002/smll.v6:6(11) Compton, O. C.; Nguyen, S. T. Small 2010, 6, 711. doi: 10.1002/smll.v6:6

    12. [12]

      (12) Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183. doi: 10.1038/nmat1849(12) Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183. doi: 10.1038/nmat1849

    13. [13]

      (13) Stoller, M. D.; Park, S. J.; Zhu, Y. W.; An, J. H.; Ruoff, R. S.Nano Lett. 2008, 8 (10), 3498. doi: 10.1021/nl802558y(13) Stoller, M. D.; Park, S. J.; Zhu, Y. W.; An, J. H.; Ruoff, R. S.Nano Lett. 2008, 8 (10), 3498. doi: 10.1021/nl802558y

    14. [14]

      (14) Du, X.; Skachko, I.; Barker, A.; Andrei, E. Y. Nat. Nanotechnol.2008, 3 (8), 491. doi: 10.1038/nnano.2008.199(14) Du, X.; Skachko, I.; Barker, A.; Andrei, E. Y. Nat. Nanotechnol.2008, 3 (8), 491. doi: 10.1038/nnano.2008.199

    15. [15]

      (15) Lee, C.; Wei, X. D.; Kysar, J. W.; Hone, J. Science 2008, 321,385. doi: 10.1126/science.1157996(15) Lee, C.; Wei, X. D.; Kysar, J. W.; Hone, J. Science 2008, 321,385. doi: 10.1126/science.1157996

    16. [16]

      (16) Balandin, A. A.; Ghosh, S.; Bao, W. Z.; Calizo, I.;Teweldebrhan, D.; Miao, F.; Lau, C. N. Nano Lett. 2008, 8 (3),902. doi: 10.1021/nl0731872(16) Balandin, A. A.; Ghosh, S.; Bao, W. Z.; Calizo, I.;Teweldebrhan, D.; Miao, F.; Lau, C. N. Nano Lett. 2008, 8 (3),902. doi: 10.1021/nl0731872

    17. [17]

      (17) Zhang, X. T.; Sui, Z. Y.; Xu, B.; Yue, S. F.; Luo, Y. J.; Zhan, W.C.; Liu, B. J. Mater. Chem. 2011, 21, 6494. doi: 10.1039/c1jm10239g(17) Zhang, X. T.; Sui, Z. Y.; Xu, B.; Yue, S. F.; Luo, Y. J.; Zhan, W.C.; Liu, B. J. Mater. Chem. 2011, 21, 6494. doi: 10.1039/c1jm10239g

    18. [18]

      (18) Xu, Y. X.; Sheng, K. X.; Li, C.; Shi, G. Q. ACS Nano 2010, 4 (7), 4324. doi: 10.1021/nn101187z(18) Xu, Y. X.; Sheng, K. X.; Li, C.; Shi, G. Q. ACS Nano 2010, 4 (7), 4324. doi: 10.1021/nn101187z

    19. [19]

      (19) Chen, W. F.; Yan, L. F. Nanoscale 2011, 3, 3132. doi: 10.1039/c1nr10355e(19) Chen, W. F.; Yan, L. F. Nanoscale 2011, 3, 3132. doi: 10.1039/c1nr10355e

    20. [20]

      (20) Hummers, W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80,1339. doi: 10.1021/ja01539a017(20) Hummers, W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80,1339. doi: 10.1021/ja01539a017

    21. [21]

      (21) Boldyrev, V. V. Thermochim. Acta 2006, 443, 1. doi: 10.1016/j.tca.2005.11.038(21) Boldyrev, V. V. Thermochim. Acta 2006, 443, 1. doi: 10.1016/j.tca.2005.11.038

    22. [22]

      (22) Fan, X. Z.; Li, J. Z.; Fu, X. L.; Wang, H. Acta Chim. Sin. 2009,67 (1), 39. [樊学忠,李吉祯, 付小龙, 王晗. 化学学报,2009, 67 (1), 39.](22) Fan, X. Z.; Li, J. Z.; Fu, X. L.; Wang, H. Acta Chim. Sin. 2009,67 (1), 39. [樊学忠,李吉祯, 付小龙, 王晗. 化学学报,2009, 67 (1), 39.]

    23. [23]

      (23) Li, N.; Geng, Z. F.; Cao, M. H.; Ren, L.; Zhao, X. Y.; Liu, B.;Tian, Y.; Hu, C. W. Carbon 2013, 54, 124. doi: 10.1016/j.carbon.2012.11.009(23) Li, N.; Geng, Z. F.; Cao, M. H.; Ren, L.; Zhao, X. Y.; Liu, B.;Tian, Y.; Hu, C. W. Carbon 2013, 54, 124. doi: 10.1016/j.carbon.2012.11.009

    24. [24]

      (24) Lu, M.; Lü, C. X. Journal of Nanjing University of Science and Technology 2002, 26, 72. [陆明, 吕春绪. 南京理工大学学报, 2002, 26, 72.](24) Lu, M.; Lü, C. X. Journal of Nanjing University of Science and Technology 2002, 26, 72. [陆明, 吕春绪. 南京理工大学学报, 2002, 26, 72.]

    25. [25]

      (25) Cooper, P. W. Explosives Engineering;Wiley-VCH:Albuquerque NM, 1996; pp 24-26.

      (25) Cooper, P. W. Explosives Engineering;Wiley-VCH:Albuquerque NM, 1996; pp 24-26.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  859
  • 文章访问数:  1370
  • HTML全文浏览量:  75
文章相关
  • 发布日期:  2013-09-26
  • 收稿日期:  2013-03-04
  • 网络出版日期:  2013-05-02
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章