Microflower-like Fe-Co-MOF with enhanced catalytic performance for decomposition of ammonium perchlorate and combustion of ammonium perchlorate-based composite propellants

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作者
Chenhe Feng,Baoyun Ye,Wangjian Cheng,Songchao Shi,Fengqi Zhao,Chongwei An,Jingyu Wang
出处
期刊:Case Studies in Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:56: 104281-104281 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.csite.2024.104281
摘要

Ammonium perchlorate (AP) serves as a crucial component in solid propellants. Enhancing its thermal decomposition with catalysts improves the combustion performance of solid propellants significantly. To enhance the catalytic performance of metal-organic frameworks (MOFs) on AP, this study controlled the morphology of MOFs by adding metal atoms, resulting in a Fe-Co-MOF catalyst with higher specific surface area and dual-metal synergistic effect. The catalytic effect of the catalyst on AP was investigated using DSC and TG-IR, followed by studying its influence on the combustion performance of AP-based composite propellants. The results show that the introduction of 5% Fe-Co-MOF reduced the decomposition temperature of AP to 298.6 °C, decreased the activation energy to 151.6 kJ mol-1, and increased the heat release by 110.6%. Additionally, the ignition delay of the propellant decreased by 71 ms, and the combustion rate increased by 43.8%. Mechanistic studies demonstrate that the abundant catalytic sites and oxygen vacancies of Fe-Co-MOF facilitate the charge transfer rate during the AP thermal decomposition process and promote the increase in AP heat release by suppressing the high-temperature conversion of N2O. This research paves the way for enhancing the application of MOF materials in AP-based solid propellants.
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