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纳米含能材料在热分解、燃烧、爆轰性能等方面具有传统含能材料所不具备的特点和性能,但纳米颗粒比表面很大,稳定性差,易引发团聚而降低其反应活性,严重影响实际使用效果。因此,如何使含能材料在纳米尺度下保持稳定,实现性能可控,是纳米含能材料设计制备面临的难题。本论文提出了一种利用特定的多级孔道限制作用保持纳米含能材料尺寸稳定性的新思路,选择固体推进剂中常用的氧化剂高氯酸铵（AP）和有应用潜力的氧化剂六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）为研究对象,创新性地设计了一种基于三维有序大孔-介孔碳（3D HOPC）载体的含能材料内嵌型纳米复合结构,将含能材料以纳米尺度均匀负载于多级孔碳骨架的孔道内,既能稳定地保持含能材料的纳米活性,又能通过精确控制纳米复合物的成分达到调控含能材料热分解性能的目的。在纳米复合结构中,3D HOPC骨架发挥了多重作用:1)作为载体,使含能材料在多级孔道限制作用下稳定地保持纳米尺寸,从而在较低温度下具有更高的分解速率,并与催化剂形成紧密的界面接触;2)作为催化剂,其多尺度孔结构带来的高比表面积能提供充足的反应活性位点,良好的孔道连通性能缩短含能材料分解后气体产物的扩散路径,加速热分解反应的进行;3)作为催化剂载体,通过在骨架中引入高活性纳米颗粒进一步增强对含能材料热分解性能的调控能力;4)自身良好的导电导热性能够促进含能材料热分解过程中的电子转移和热量传导,并为反应提供大量的燃烧放热。在上述因素的共同作用下,通过构筑多级孔碳基纳米复合含能材料,能够显著降低AP和CL-20的热分解温度,提高反应放热量,使AP和CL-20更符合固体推进剂高能量、高燃速和低特征信号的发展需求。构筑含能材料内嵌型的多级孔碳基纳米复合结构要求所用载体具有高度的有序性和良好的孔道连通性。本论文采用软-硬双模板法得到孔结构参数可调的三维有序大孔-介孔碳材料,大孔按面心立方结构有序排列,大孔之间通过窗口结构相互连通,大孔壁布满介孔,均具有较高的比表面积（594～1061 m~2/g）和较大的孔容（0.86～1.76 cm~3/g）。该结构利于含能材料进入骨架内部实现纳米尺度的负载,并表现出高催化活性的潜力。降低AP的高温分解温度,增大反应的表观放热量,是提高AP基固体推进剂燃速的有效途径。本论文通过溶剂滴加-挥发过程的精确控制制备了AP内嵌的AP/HOPC纳米复合物。AP以纳米尺度（26.2～69.0 nm）被限制在3D HOPC骨架的孔道内,其分布情况和尺寸受AP负载量的影响。当AP负载量为80 wt.%时,3D HOPC表现出最优的催化效果,可使AP的高温分解峰温从440.9°C降至315.4°C,活化能从176.4 k J/mol降至130.8 k J/mol,并使反应放热从371 J/g大幅度提高至3765 J/g,实现了使AP在较低分解温度下释放较高热量的调控目的。多次重复催化实验证实了3D HOPC具有稳定的催化活性。设计引入高活性纳米颗粒进一步提高3D HOPC的催化性能,解决其降低AP高温分解温度的能力不足问题。本论文采用基于软-硬双模板的多组分共组装法将γ-Fe2O3纳米颗粒原位负载于3D HOPC骨架的内部,使活性颗粒在所得HOPC/Fe2O3复合骨架中保持了稳定的高催化活性。在AP内嵌的AP/HOPC/Fe2O3纳米复合物中,Fe2O3纳米颗粒（3.8～10.6 nm）高度分散于碳骨架的孔壁中,AP纳米晶（24.2～44.6 nm）均匀连续沉积在碳骨架的孔道内,极大地提高了三者的复合均匀性,有利于促进热分解反应的进行。碳骨架与其内高分散的Fe2O3纳米颗粒之间的协同催化效应使HOPC/Fe2O3复合骨架对AP热分解的催化活性明显优于3D HOPC,可使AP的高温分解峰温从440.9°C降至280.5°C,比3D HOPC催化的310.0°C还低29.5°C,并同时保持反应放热量与3D HOPC催化相当（2114 J/g）,实现了在不影响AP分解放热量的同时进一步降低其高温分解温度的调控目的。鉴于AP存在能量不足和高特征信号等问题,选取有望替代AP的高能低特征信号氧化剂CL-20为研究对象,通过降低其分解温度以降低压力指数,提升CL-20在固体推进剂中的应用效果。本论文通过控制溶剂挥发诱导分散过程和溶剂滴加-挥发过程制备了CL-20内嵌的CL-20/HOPC纳米复合物,CL-20纳米晶在碳骨架内高度均匀分散,粒径约为9.2～29.4 nm。纳米复合物的热分解性能受CL-20负载量,3D HOPC的表面性质和大孔尺寸影响,且对比单一介孔结构和大孔结构,综合了大孔和介孔优势的3DHOPC对CL-20热分解的催化效果最佳,可使CL-20的热分解峰温从247.0°C降低至174.8°C,热分解的活化能从165.6 k J/mol降低至115.3 k J/mol,实现了降低CL-20热分解温度的调控目的。此外,3D HOPC对于其他推进剂用高能氧化剂的热分解也具有高催化活性。以上工作创新性地探索了新型碳材料3D HOPC在调控含能材料热分解性能上的应用潜力,不仅为设计固体推进剂所需的高性能催化剂拓展了新的思路,也为推进以AP和CL-20为代表的高能氧化剂在固体推进剂中的实际应用提供了较为丰富的理论及实验基础。