سنتز نانو هیبریدهای اکسید آهن و بررسی تاثیر کاتالیستی آنها بر تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات

در این پژوهش، نانو هیبریدهای اکسید آهن با هدف بهبود عملکرد کاتالیستی در فرآیند تجزیه حرارتی آمونیوم پرکلرات (AP) سنتز و ارزیابی شدند. نانوذرات اکسید آهن شامل  CuFe₂O₄، ZnFe₂O₄، CoFe₂O₄  و ترکیبات هیبریدی CoZnFe₂O₄ و CuCoZnFe₂O₄ به روش رسوب دهی شیمیایی (هم رسوبی) سنتز گردیدند. مشخصه یابی ساختاری و مورفولوژیکی نمونه ها با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. نتایج XRD تشکیل فاز اسپینل با خلوص بالا و اندازه بلورک ها در محدوده ۵۰ تا ۷۰ نانومتر را تایید نمود. تصاویر SEM نیز مورفولوژی کروی و توزیع یکنواخت ذرات را نشان دادند. عملکرد کاتالیستی نانو هیبریدهای سنتز شده در تجزیه حرارتی AP با استفاده از آنالیز گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تمامی نانو هیبریدها تاثیر چشمگیری بر کاهش دمای تجزیه حرارتی AP داشته اند. بیشترین کاهش دما مربوط به نمونه هیبریدی CoZnFe₂O₄ بود که دمای تجزیه مرحله دوم را از C°۴۰۳ (برای AP خالص) بهC°۳۴۷ کاهش داد. همچنین نانو هیبرید CuCoZnFe₂O₄  دمای تجزیه را به  C°۳۶۳ رساند. نانو هیبریدهای اکسید آهن تاثیری بر دمای تغییر فاز بلوری AP (مرحله اول در C°۲۴۷( نداشته و صرفا بر مرحله تجزیه گرمازا موثر بودند. بهبود عملکرد کاتالیستی نانو هیبریدها به عواملی نظیر سطح ویژه بالا، اندازه ذرات کوچک، توزیع یکنواخت و حضور هم زمان کاتیون های فلزی با اوربیتال های d نیمه پر (مانند Co²⁺، Cu²⁺، ⁺Fe۳) نسبت داده می شود که با تسهیل انتقال الکترون از یون پرکلرات و همچنین مکانیسم انتقال پروتون، انرژی فعال سازی تجزیه AP را کاهش می دهند. بر اساس یافته های این پژوهش، نانو هیبریدهای اکسید آهن به ویژه نمونه های حاوی روی و کبالت، پتانسیل بالایی به عنوان کاتالیست های کارآمد برای بهبود فرآیند احتراق در پیشرانه های جامد دارند.

کلیدواژه ها:

تجزیه آمونیوم پرکلرات ، نانو هیبرید اکسید آهن ، رسوب دهی شیمیایی ، سنتز نانو ذرا ت