武汉大学黄驰/廖俊课题组航天固体动力氧化剂研究取得新进展

10月30日，《高级科学》（Advanced Science，IF：17.521）在线发表化学与分子科学学院教授黄驰、廖俊课题组的最新研究进展。论文题为“In Situ Cutting of Ammonium Perchlorate Particles byCo-Bipy‘scalpel’for High Efficiency ThermalDecomposition”（《钴基配合物“手术刀”原位切割高氯酸铵颗粒促进其高效热分解》）。

化学与分子科学学院2021级博士研究生周鹏为第一作者，黄驰和大连理工大学副教授张依福为通讯作者，武汉大学为第一署名单位。该研究得到航天动力先进技术湖北省重点实验室开放基金和武汉大学科研公共服务条件平台的支持。

高氯酸铵（AP）是复合固体推进剂的最主要氧化剂，其分解过程和推进剂的燃烧速率，是固体推进剂推力发挥的一个关键技术指标。根据化学动力学原理，添加催化剂和AP超细化是调节AP分解与推进剂燃烧速率的通用技术方案；后者可以明显提升推进剂燃烧速率，但在实际应用过程中会大幅度降低推进剂的安全性能，并显著提高成本，未能得到广泛应用。因此，使用低成本、高安定性的大颗粒AP实现超细AP的同等性能对推动航天固体动力技术发展，满足国家战略需求具有重要意义。


该研究设计合成了多功能Co-bipy含能催化剂，受与AP的界面作用影响，能够在AP分解前迅速转化为高冲击力的纳米催化剂颗粒，冲向临近的大颗粒AP，起到类似“手术刀”的作用将大颗粒AP的原位切割成超细AP，暴露出更多的初始活性位点，并实现纳米催化剂与超细AP的均匀混合。原位IR和TG-IR证明了Co-bipy原位纳米化的催化剂颗粒能通过减弱中间体NH3中的N-H键和加速中间体HClO4快速分解的方式加速NH3的氧化，实现AP的快速分解，从而避免由于中间体浓度过高所导致的AP分解“失活”现象。这种具备催化剂原位纳米化和大颗粒AP原位纳超细化的含能催化剂的发现，对固体推进剂燃速催化剂的研制指明了一个重要发展方向。

武汉大学一直秉承服务国家战略需求，高度重视并参与航天技术研究，化学与分子科学学院作为主要单位曾参与了我国1970年启动的固体推进剂“325高能大会战”。

2021年，黄驰与廖俊课题组参与组建了中国航天科工集团第九总体设计部牵头的“中国航天科工集团大型固体火箭发动机创新中心”。该中心的成立，将协同中国航天科工集团公司与高校相关技术及资源优势，促进中国商业航天固体动力技术发展，提升中国航天科工集团商业航天产业核心竞争力。课题组从高分子基础理论体系和分子的构效关系出发，设计了分子结构新颖的材料，突破了材料的制备工艺，为大型固体运载火箭成功研制提供了新材料支持。此外，课题组设计与制备的高性能材料及器件在多个型号固体发动机中得到应用，满足了我国新型高性能固体火箭发动机的研制需要。

论文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202204109