高氯酸铵（AP）是固体火箭推进剂中一种重要氧化剂,为达到更高的燃烧速率通常需要加入催化剂促进其热分解,传统催化剂主要是过渡金属氧化物,但其活性位点较少极大限制了其催化性能。而碳基单原子作为一种制备成本低、催化活性高且绿色环保的新型催化剂,因其优异的催化活性,被广泛应用于各类催化领域;此外,碳载体可用生物质为原料制备,能有效降低催化剂成本且对环境友好,生物碳本身具有的掺杂元素也可使催化性能更佳。因此,本文使用剩余米饭作为生物质原料制备了氮掺杂的分级多孔碳材料,并在基于此碳材料上依次负载了不同尺寸的铁颗粒,制备出碳氮基铁金属催化剂用于催化AP热分解性能和机理研究。具体内容如下:首先以剩余米饭作为原料,采用水热碳化方法,分别使用两种类型活化剂活化,以调控其比表面积和孔径大小,大批量的制备了具有高比表面积(1692.4 m~2·g-1)和高孔隙体积(0.3588 m~3·g-1)的氮掺杂（含氮量约为1.56%）多孔碳材料;SEM（Scanning Electron Microscope）和TEM（Transmission Electron Microscopy）表征显示该碳材料为直径2-7μm的表面光滑圆球。研究其对AP热分解的催化性能,结果表明:该碳碳材料对AP热分解有一定的催化性能,当掺杂量为10%时性能最佳,将AP热分解的高温分解温度降低81.3℃,放热量增加561.9 J/g。其次,在氮掺杂的多孔碳材料表面上负载了纳米零价铁（nZVI）,进一步改善其催化性能。通过不同的物料添加比,来调控纳米零价铁的负载量。XRD（X-ray Diffraction Spectronmeter）、SEM和XPS（X-ray Photoelectron Specteometer）表征显示,通过高温热解Fe Cl3,成功地在碳材料表面均匀负载了纳米零价铁,而碳材料微观形貌并没有发生改变。对AP的热分解催化性能研究表明,纳米零价铁负载的碳材料对AP有较好的催化性能:当添加量为10%时,该催化剂将AP热分解的高温分解温度降低了71.6℃,放热量增加了1163.7 J/g;相比于未负载的碳材料,负载后进一步增加了AP的放热量。最后,将负载的金属纳米颗粒尺寸降至原子级以进一步增加其催化性能。选取特殊分子结构的酞菁铁（Fe Pc）作为铁源,通过在高温800℃、N2气氛下热解的方法,制备出了单原子铁负载的氮掺杂的分级多孔碳材料。XRD和Raman（Laser Raman Spectrometer）显示,负载单原子后,材料的石墨化程度以及结晶度都相应提高;BET（N2 Adsorption Analysis）表明材料出现了明显的介孔结构,且孔径间形成了通道,更有利于加速反应发生;XPS显示单原子铁最大负载量为0.93%,且材料中存在Fe-NX键,同时吡啶氮含量相应提升,说明在碳材料表面上成功负载了单原子铁。实验表明该材料对AP热分解有极佳的催化性能:当催化剂添加量为10%时,AP的热分解低温放热峰消失,只存在295.9℃的高温放热峰,放热量增加了1394.9 J/g,活化能减少了208.7 k J/mol。分析得知,碳基铁单原子催化剂因其大的比表面积,多尺度相通的孔径结构,高结晶度和分散明确的活性位点使其具有优异的催化性能。