The role of copper-chromium oxide catalysts in the thermal decomposition of ammonium perchlorate

Abstract

The catalytic effects of doped or mixed CuO-Cr₂O₃ oxides on the thermal decomposition of ammonium perchlorate (AP) were investigated by using DTA, electrical conductivity and X-ray diffraction techniques. The results obtained revealed that the decrease in the defect electron of CuO catalyst doped with 1 at.% Cr³⁺ inhibited its activity, while the opposite effect was observed when Cr₂O₃ was doped with 1 at.% Cu²⁺. On increase of the concentrations of both oxides, the catalyst containing 70 at.% Cr³⁺ was found to be the most active during the decomposition of AP. The existence of CuCr₂O₄ at this ratio was demonstrated by X-ray diffraction. The activity of this spinel was explained on the basis of a hopping mechanism between Cr³⁺/Cr⁴⁺ active sites. Finally, the activation energies of different decomposition stages of AP alone and mixed with catalysts were calculated.

Zusammenfassung

Mittels DTA, Röntgendiffraktion und elektrischer LeitfÄhigkeit wurden die katalytischen Wirkungen von versetzten oder gemischten CuO-Cr₂O₃ Oxiden auf die thermische Zersetzung von Ammoniumperchlorat (AP) untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, da\ die Abnahme an Defektelektronen von CuO-Katalysator, versetzt mit 1 mol% Cr³⁺, seine AktivitÄt vermindern, wÄhrend ein entgegengesetzter Effekt bei Cr₂O₃ beobachtet wird, das mit 1 mol% Cu²⁺ versetzt ist.

Durch Erhöhung der Konzentrationen beider Oxide zeigt der Katalysator bei der Zersetzung von AP die grö\te AktivitÄt bei einem Cr³⁺-Gehalt von 70 mol%. Mittels Röntgendiffraktion konnte bei dieser Zusammensetzung die Existenz von CuCr₂O₄ gezeigt werden. Die AktivitÄt dieser Spinellstruktur wurde durch einen Hüpfmechanismus zwischen Cr³⁺/Cr⁴⁺-aktiven Stellen erklÄrt. Weiterhin wurden die Aktivierungsenergien von verschiedenen Zersetzungsstufen von AP mit und ohne Katalysatoren berechnet.