Влияние времени механохимической активации на формирование Fe-Co-MOF и оценка его каталитического воздействия при термическом разложении композиций AP/Al

Авторы

  • А.К. Абдрасилова Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан; Казахстанско-Британский технический университет, ул. Толе би, 59, Алматы, Казахстан
  • Д. Мукталы Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан; Казахский национальный университет им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы Казахстан
  • К. Камунур Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан; Казахский национальный университет им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы Казахстан
  • Л.А. Мусапирова Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан; Казахский национальный университет им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы Казахстан
  • А.Н. Баткал Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан; Казахский национальный университет им. аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы Казахстан
  • М.Т. Ыскак Институт проблем горения, ул. Богенбай батыра, 172, Алматы, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc24(3)361-370

Ключевые слова:

механохимический синтез, время активации, металлорганические каркасные структуры, Fe–Co–MOF, термическое разложение

Аннотация

В работе исследован механохимический синтез биметаллических металлорганических каркасных структур Fe-Co-MOF и влияние продолжительности активации на их структурные, морфологические и термические свойства. Синтез проводили методом механохимической активации при продолжительности обработки 1, 3 и 5 ч. Полученные материалы исследованы методами рентгенофазового анализа, ИК-Фурье-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии. Результаты рентгенофазового анализа показали формирование Fe-Co-содержащей фазы с низкой степенью кристалличности. ИК-Фурье-спектроскопия подтвердила образование координационных связей между ионами металлов и органическим лигандом, а сканирующая электронная микроскопия выявила изменение морфологии от рыхлых агломератов к более плотным и упорядоченным структурам. Наиболее сформированная структура наблюдалась для образца Fe-Co-MOF(5). Исследование термического поведения композитных смесей AP/Al-Fe-Co-MOF методом дифференциальной сканирующей калориметрии показало, что введение Fe-Co-MOF ускоряет высокотемпературную стадию разложения и повышает интенсивность тепловых эффектов. Полученные результаты подтверждают перспективность применения Fe-Co-MOF в качестве каталитической добавки для регулирования термических характеристик энергетических композиций.

Библиографические ссылки

(1) J. Dai, T. Yang, Y. Sun, B. Zhu. A study on modification of aluminum powder by ammonium perchlorate and glycidyl azide polymer to improve its combustion. Combustion and Flame 268 (2024) 113620. Crossref

(2) X. Gou, X. Sun, J. Yang, J. Shi, S. Yan, et al. Improvement of the Thermal Decomposition of Ammonium Perchlorate and Combustion of Aluminum Powder by Dual Core–Shell Ammonium Perchlorate-Based Composites Based on Self-Assembly Coating. Langmuir 41 (2025) 11674-11689. Crossref

(3) C. Tu, X. Chen, F. Chen, Y. Zhuang, W. Cai, et al. Effect of aluminum and ammonium perchlorate particle sizes on the condensed combustion products characteristics of aluminized NEPE propellants. Scientific Reports 14 (2024) 19462. Crossref

(4) S. Chaturvedi, P. Dave. Nano-metal oxide: potential catalyst on thermal decomposition of ammonium perchlorate. Journal of Experimental Nanoscience 7 (2012) 205-231. Crossref

(5) T. Chen, Y. W. Hu, C. Zhang, Z. Gao. Recent progress on transition metal oxides and carbon-supported transition metal oxides as catalysts for thermal decomposition of ammonium perchlorate. Defence Technology 17 (2021) 1471-1485. Crossref

(6) L. Jimenez-Lopez, R. Morales Ospino, L.G. de Araujo, A. Celzard, V. Fierro. Latest developments in the synthesis of metal-organic frameworks and their hybrids for hydrogen storage. Nanoscale 17 (2025) 6390-6413. Crossref

(7) A. Zhengis, A. Ospanova, Y. Amrenova, P. Askar, A. Aldongarov, et al. Zwitterion-MOF Functional Interface Enabling Robust Ion and Dye Rejection in Water Filtration. ACS Applied Materials & Interfaces 17 (2025) 65048-65062. Crossref

(8) H. Ling, B. Tian, X. Hu, W. Wang, J. Zhang, et al. Applications of Metal-Organic Frameworks and Their Derivatives in Fuel Cells. Molecules 30 (2025) 981. Crossref

(9) B. Kumar, A. Uttam, G. K. Agrahari, V. S. Sistla. Effect of distinct carboxylic acid modulators on Ni-Zn MOF synthesis and their application in “hydroxy naphthol blue” dye removal from aqueous solutions. Materials Science and Engineering: B 325 (2026) 119074. Crossref

(10) H.N. Abdelhamid, S. Sultan, A.P. Mathew. Binder-free Three-dimensional (3D) printing of Cellulose-ZIF8 (CelloZIF-8) for water treatment and carbon dioxide (CO2) adsorption. Chemical Engineering Journal 468 (2023) 143567. Crossref

(11) Q. Zhang, S. Yan, X. Yan, Y. Lv. Recent advances in metal-organic frameworks: Synthesis, application and toxicity. Science of The Total Environment 902 (2023) 165944. Crossref

(12) Z. Han, Y. Yang, J. Rushlow, J. Huo, Z. Liu, et al. Development of the design and synthesis of metal–organic frameworks (MOFs) – from large scale attempts, functional oriented modifications, to artificial intelligence (AI) predictions. Chemical Society Reviews 54 (2025) 367-395. Crossref

(13) F.T. Alshorifi, S.M. El Dafrawy, A.I. Ahmed. Fe/Co-MOF Nanocatalysts: Greener Chemistry Approach for the Removal of Toxic Metals and Catalytic Applications. Materials Science ACS Omega 7 (2022) 23421-23444. Crossref

(14) V. Singh, D.K. Singh, M. Yadav, S. Singh, V. Rathour, et al. A Co and Fe bimetallic MOF with enhanced electrocatalytic oxygen evolution performance: exploring the electronic environment modifications upon Fe incorporation. Energy Advances 3 (2024) 636-647. Crossref

(15) C. Feng, B. Ye, W. Cheng, S. Shi, F. Zhao, et al. Microflower-like Fe-Co-MOF with enhanced catalytic performance for decomposition of ammonium perchlorate and combustion of ammonium perchlorate-based composite propellants. Case Studies in Thermal Engineering 56 (2024) 104281. Crossref

(16) T. Van Huynh, V.H. Nguyen, O.T.K. Nguyen. Application of Co/Fe-MOF Bimetallic Catalyst for the Synthesis of α-Acyloxy Ethers via Direct Activation of the α-C(sp3)−H Bond in Cyclic Ether. ChemistrySelect 10 (2025) e02981. Crossref

(17) J. Guo, Y. Gao, X. Cao, X. Rong, S. Chi, et al. Fe-Co bimetallic MOF-derived carbon directly application as an efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction. Inorganic Chemistry Communications 170 (2024) 113394. Crossref

(18) A. Škrjanc, C. Byrne, N. Z. Logar. Green Solvents as an Alternative to DMF in ZIF-90 Synthesis. Molecules 26 (2021) 1573. Crossref

(19) J. Beamish-Cook, K. Shankland, C.A. Murray, P. Vaqueiro. Insights into the Mechanochemical Synthesis of MOF-74. Crystal Growth & Design 21 (2021) 3047-3055. Crossref

(20) S. Arfelis, A. I. Martín-Perales, R. Nguyen, A. Pérez, I. Cherubin, et al. Linking mechanochemistry with the green chemistry principles: Review article. Heliyon 10 (2024) e34655. Crossref

(21) T. Friščić, C. Mottillo, H.M. Titi. Mechanochemistry for Synthesis. Angewandte Chemie International Edition 59 (2020) 1018-1029. Crossref

(22) J.M. Marrett, F. Effaty, X. Ottenwaelder, T. Friščić. Mechanochemistry for Metal-Organic Frameworks and Covalent-Organic Frameworks (MOFs, COFs): Methods, Materials, and Mechanisms. Advanced Materials 37 (2025) 2418707. Crossref

(23) M. Akmal, M.A. Iqbal, T.H. Mawat, H.K.R. AL-Sharifi, G. Iram, et al. Synthesis of metal organic frameworks (MOFs) mechanochemically. Inorganic Chemistry Communications 175 (2025) 114105. Crossref

(24) A. Abdrassilova, L. Mussapyrova, A. Batkal, I. Bagina, O. Chervyakova, et al. The Catalytic Effect of a Mechanochemically Synthesized Co–Fe Metal–Organic Framework on the Thermal Decomposition Behavior of Ammonium Perchlorate–Aluminum Composite Mixtures. Materials 19 (2026) 2524. Crossref

(25) J. Martí-Rujas. Structural elucidation of microcrystalline MOFs from powder X-ray diffraction. Dalton Transactions 49 (2020) 13897-13916. Crossref

(26) C. Pathak, S. Mistry, S. Seth. Morphological variation of metal-organic frameworks and its impacts on their functional properties. Coordination Chemistry Reviews 543 (2025) 216928. Crossref

(27) H.K. Lee, H.R. Moon. A mechanochemical synthetic strategy of isoreticular flexible metal-organic frameworks with pre-designed mixed metal clusters. RSC Mechanochemistry 2 (2025) 426-431. Crossref

(28) K. Al-Amin, M. Kawsar, M.T.R.B. Mamun, M.S. Hossain. Fourier transform infrared spectroscopic technique for analysis of inorganic materials: a review. Nanoscale Advances 7 (2025) 6677-6702. Crossref

(29) H.R. Abid, M.R. Azhar, S. Iglauer, Z.H. Rada, A. Al-Yaseri, et al. Physiochemical characterization of metal organic framework materials: A mini review. Heliyon 10 (2023) e23840. Crossref

(30) J. Łuczak, M. Kroczewska, M. Baluk, J. Sowik, P. Mazierski, et al. Morphology control through the synthesis of metal-organic frameworks. Advances in Colloid and Interface Science 314 (2023) 102864. Crossref

(31) M.A. de Oliveira, E.S. Souza, J.J. Santana, N. Łukasik, B.S.L. da Silva, et al. M-BDC (M = Co and/ or Fe) MOFs as effective catalysts for hydrogen generation via hydrolysis of sodium borohydride. Applied Surface Science 628 (2023) 157361. Crossref

(32) P. Zhou, S. Zhang, Z. Ren, Y. Wang, Y. Zhang, et al. Study on the thermal decomposition behavior of ammonium perchlorate catalyzed by Zn-Co cooperation in MOF. Inorganic Chemistry Frontiers 9 (2022) 5195-5209. Crossref

(33) F. Yang, Z. He, R. Zhang, Q. Wang. MOFs with hydrazide and 3-amino-1,2,4-oxadiazole-substituted hydroxytetrazole as novel nitrogen-rich ligands: a new class of energetic materials for ammonium perchlorate decomposition catalysis. CrystEngComm 28 (2026) 1931-1937. Crossref

(34) Z. Zhao, Y. Yang, X. Yu, G. Zhang, S. Li, et al. Catalytic thermal decomposition of ammonium perchlorate by symmetric floral CoMg-MOF and its derived carbon composites: Higher heat release and enhanced catalytic performance. Fuel 403 (2026) 136147. Crossref

(35) J. Zhang, B. Jin, R. Peng. Encapsulation of transition metals in lead-based MOF pores to facilitate efficient thermal decomposition of ammonium perchlorate. Dalton Transactions 54 (2025) 16582-16592. Crossref

Загрузки

Опубликован

28-09-2026

Как цитировать

Абдрасилова, А., Мукталы, Д., Камунур, К., Мусапирова, Л., Баткал, А., & Ыскак, М. (2026). Влияние времени механохимической активации на формирование Fe-Co-MOF и оценка его каталитического воздействия при термическом разложении композиций AP/Al. Горение и плазмохимия, 24(3), 361-370. https://doi.org/10.18321/cpc24(3)361-370