Ti3C2Tx MXene增强三维大孔CuO/ZnO异质结复合催化材料构建：高效促进新型含能材料TKX-50的热分解与燃烧过程

《Applied Ocean Research》：Construction of Ti 3C 2T x MXene enhanced three dimensionally macropore CuO/ZnO heterojunction composite catalytic material: Boosting the efficient thermal decomposition and combustion process of the new energetic materials TKX-50

本文报道了一种通过PMMA模板煅烧与静电组装构建的三维大孔（3DM）CuO/ZnO-Ti3C2Tx异质结复合催化剂。该材料显著提升了新型含能材料TKX-50的热分解与燃烧性能，使分解峰值温度从246℃提前至208℃，释放热从730J/g增至1106J/g，并深入揭示了其通过吸附NH3OH分子、加速H+转移的催化机制，为高效复合催化剂设计提供了重要理论支撑。

　　

Highlight

材料与结构

Ti₃AlC₂（纯度>98 wt%）、氢氟酸（HF，40 wt%）购自上海麦克林生化科技有限公司（中国）。甲基丙烯酸甲酯（MMA，99 wt%）经减压蒸馏后与偶氮二异丁腈（AIBN，99 wt%）一同冷藏（4℃）备用。聚乙烯吡咯烷酮（PVP，99 wt%）、甲醇（CH₃OH，99 wt%）、硝酸铜六水合物（Cu(NO₃)₂·6H₂O，99 wt%）、硝酸锌六水合物（Zn(NO₃)₂·6H₂O，99 wt%）以及聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA，20 wt%）均购自阿拉丁试剂（上海，中国）。TKX-50由实验室自行合成。

结构与形貌

图1a展示了3DM CuO/ZnO-Ti₃C₂T_x复合催化剂的制备流程。首先，通过AIBN引发剂和PVP稳定剂可控聚合MMA，合成了粒径均一的单分散PMMA微球（图1b）。将Cu(NO₃)₂·6H₂O和Zn(NO₃)₂·6H₂O溶解在甲醇/乙二醇混合溶剂中制备前驱体溶液，将其浸润到PMMA模板中，再经过煅烧获得3DM CuO/ZnO样品。煅烧过程去除了PMMA模板，形成了三维大孔网络结构。随后，通过静电自组装将带负电的Ti₃C₂T_x MXene纳米片与带正电的3DM CuO/ZnO（经PDDA修饰）复合，最终得到3DM CuO/ZnO-Ti₃C₂T_x复合材料。

结论

总之，通过结合模板刻蚀和静电自组装方法，我们构建了一系列3DM催化材料（3DM CuO、3DM ZnO、3DM CuO/ZnO以及3DM CuO/ZnO-Ti₃C₂T_x），以探索它们对新型含能材料TKX-50热分解与燃烧过程的增强效果及机制。综合性能评估表明，与3DM CuO、3DM ZnO或单独的Ti₃C₂T_x材料相比，3DM CuO/ZnO-Ti₃C₂T_x复合材料展现出更优异的导电性和吸附能力。