过渡金属化合物属于催化体系，可以加速聚合物的热降解，催化聚合物链与阻燃剂之间的脱水和交联，从而产生更加连续、致密、稳定的炭层，还可以降低聚合物燃烧释放气体的毒性。
过渡金属氧化物/聚合物阻燃
常用的过渡金属氧化物如TiO2、Cu2O、ZnO和 Nio 等，具有一定的催化成炭作用，通常用作高分子材料的增效剂和有毒气体抑制剂。过渡金属氧化物通过催化燃烧过程中石墨化焦炭的形成，从而提高材料的热稳定性、阻燃性和抑烟性。
过渡金属氧化物本体阻燃
过渡金属氧化物可以接受电子对以形成配位键，而带有负电基团的聚合物可以与之配位，从而导致交联和炭化。
Wang 等研究了非晶态水合型TiO2固体球(AHTSS)和海胆型介孔TiO2空心球(UMTHS)对环氧树脂(EP)阻燃性能的影响，研究表明，UMTHS的阻燃效果要优于AHTSS;添加2wt%的UMTHS后，延缓了EP的降解，热释放速率峰值（ pHRR）和总释放热（THR）分别较纯EP下降了34.8%和15.7%。
过渡金属氧化物协效阻燃
过渡金属氧化物与膨胀型阻燃剂复配可有效提高膨胀型阻燃剂的阻燃效率，促进形成更多的石墨化炭层。
Xu等合成了新型的有机-无机杂化成炭剂(SCTCFA-ZnO)，将sCTCFA-ZnO与聚磷酸铵(APP))组合以制备膨胀型阻燃聚丙烯（PP）复合材料。结果表明，质量比为2:1的APP/SCTCFA-ZnO体系在PP复合材料中具有最佳的阻燃性能和抑烟性能;TGA结果表明，APP/SCTCFA-ZnO可以明显改善复合材料的热稳定性，并促进炭渣的形成。
Chen等用乙二胺改性聚磷酸铵(EDA-APP)作为膨胀型阻燃剂（IFR)，Cu20作协效剂，考察其对EP阻燃性能和抑烟性能的影响，结果表明，当引入阻燃剂的质量分数为1% Cu20/20%EDA-APP时，极限氧指数(LOI)为33%，UL-94等级达到V-0等级，延长了点火时间，降低了总烟雾产量和CO产量。
过渡金属层状双氢氧化物
层状双氢氧化物（LDH）被称为阴离子粘土或水滑石类化合物，LDH 的表面具有亲水性，与聚合物基体的相容性较差，导致LDH与聚合物复合时易发生团聚。因此为提高LDH在聚合物中的分散性，使LDH在聚合物中有更好的阻燃性能，须对其进行适当的有机改性。
改性层状双氢氧化物阻燃
层状双氢氧化物的改性主要分为插层改性和表面改性。插层改性可以扩大LDH的晶间间距，使LDH更好的分散在聚合物中。
Zhou等设计合成了3D NiCo-LDH@PZS空心十二面体结构，并将其复合到EP中，结果表明，经过PZS表面改性的NiCo-LDH可以更好的分散在EP中，烟气和有毒气体的排放也大大减少，合成的空心结构会增加与热解气体的接触面积，从而产生物理化学吸附以促进催化反应。
层状双氢氧化物协效阻燃
对层状双氢氧化物进行改性可以增加其与聚合物基体的相容性,改善聚合物的阻燃性能。此外，还可以将层状双氢氧化物与其他阻燃剂组成协效体系，来提高聚合物的阻燃性能。
Wang 等在 EVA中使用了膨胀性阻燃剂（CFA，APP，含有不同过渡金属改性的LDH)，研究发现，阻燃剂明显提高了乙烯基链的热降解温度，EVA-LDH-Co可以阻止融滴，EVA-LDH-Cu具有最佳的HRR和LOI值，而EVA-LDH-Ni在所有复合材料中对CO的抑制效果最佳。
Huang 等通过静电作用使得LDH纳米片聚集在APP表面制备APP@LDH，将其加到热塑性聚氨酯（TPU)中，锥形量热测试表明，3%的APP@LDH使得体系的pHRR 下降了55.5%，残炭量由6.2%增加到18.9%，防火性能显著提升。
过渡金属盐/聚合物阻燃
过渡金属离子如Cu2+、Co2+、Zn2+等可以催化树脂交联成炭，价态可变的金属离子可以还作为自由基捕捉剂或氧化催化剂。
磷酸盐
过渡金属磷酸盐由于磷和过渡金属使其在阻燃方面有较好的发展，Co2P可以显著延长点火时间，Ni12P5可以促进形成更加致密的炭层。
Kong 等制备了含Cu的苯基磷酸盐（CuPP)，并将其加入到EP中，结果表明，CuPP能够显著提高EP的 LOI 值并延长EP的燃烧时间，CuPP纳米片在聚合物燃烧时可以阻隔挥发性物质和气体的释放，其中Р和Cu在聚合物燃烧时能够提前反应形成P-C结构和Cu的氧化物，覆盖在聚合物表面，从而抑制聚合物的燃烧。
Liu等将磷酸铁作为抑烟协效剂，制备了膨胀型阻燃环氧树脂复合材料。研究发现，加入2%的磷酸铁后﹐膨胀型阻燃环氧树脂复合材料的 pHRR、THR和烟雾产生率（SPR）分别下降41%、38%和55%，残炭量较膨胀型阻燃环氧树脂增长了19.7%。磷酸铁通过催化聚磷酸铵中氨的释放以产生更多的多聚磷酸与EP发生交联，增大了熔体的粘度，减少了燃烧过程中小分子的释放。
铁酸盐
铁酸盐由于低毒性和高稳定性被应用于聚合物阻燃中，其中两种过渡金属元素的存在使得其在催化成炭、对易燃气体的吸附及防止融滴方面有较好的效果。
钼酸盐
钼酸盐在改善阻燃性和抑烟性方面显示出极佳效果，钼酸盐在燃烧过程中产生MoO3和Cu2O分别通过Friedel-Crafts反应和还原偶联作用促进了炭的形成并改善炭层的致密性，进一步改善复合材料的阻燃性和抑烟性。
金属有机框架材料/聚合物阻燃
金属有机框架（MOFs)由有机配体和金属离子或金属离子簇组成，通过强配位键连接形成多孔的特殊结构。与传统的无机填料相比，MOFs作为一种新型的无机-有机杂化体，在不进行任何有机修饰的情况下，仍与聚合物基体有较好的相容性。
类沸石金属有机骨架
过渡金属元素合成的MOFs可以在高温下催化焦炭的形成反应，大量微孔或中孔的存在有利于燃烧初期吸附热解气体。
Hou等合成了Fe MOF并将其加到聚苯乙烯(PS)中，当添加量为2wt%时，PS/FeMOF的 pHRR较纯PS仅降低了14%，且抑制了有毒苯乙烯低聚物的释放，但是阻燃效果有限。
Zhang等通过结合双金属的金属有机骨架(Co-Zn MOF)和 MOF@GO与lFR制备了阻燃膨胀型EP复合材料。与参考样品EP/IOIFR相比，EP/O.5MOF@GO-9.5IFR复合材料的拉伸强度提高了11%，pHRR和总烟雾释放量( TSP）分别降低了41%和30% 。
类沸石-咪唑酯酸酯骨架
沸石咪唑酸酯骨架配体(ZIFs)是一种由富氮结构组成的咪唑化合物，其独特的金属离子-N原子结构使其具有优异的热稳定性和化学稳定性。
Xu等将ZIF-8添加到EP中制备了ZIF8/EP(ZEP)，ZIF-8的添加量为2wt%时，LOI由22.4%增长到26.9%,同时，ZEP的SPR较纯EP降低了21.6%，是ZIF-8在燃烧过程中金属氧化物的热分解所致。
Xu等又将ZIF-67和含硼化合物修饰的RGO复配(ZIF-67/RGO-B）加入到EP中，研究发现，添加2wt%ZIF-67/RGO-B的EP复合材料的pHRR和THR 与纯EP相比分别降低了65.1%和41.1%，LOI值提高了23.4%。聚合物加入ZIFs后，一方面使聚合物燃烧过程中释放N2等不燃气体以稀释氧气及聚合物燃烧产生的可燃气体的浓度。另一方面，ZIF-8或ZIF-67在燃烧时会分解成ZnO或Co304来促进炭层的形成，对聚合物基体起到保护作用。
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