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全氮含能材料研究取得新突破

文章出处:本站原创 发表时间:2018-02-08

近日,中国工程物理研究院化工材料研究所(简称中物院化材所)的研究人员在全氮五唑含能金属配合物的研究方面取得重要突破,采用金属配位稳定化的新策略成功获得了室温稳定的五唑材料,研究成果已在国际著名期刊Angewandate Chemie Intenational Edition 上在线发表。

因具有超高的计算能量水平,全氮化合物一直受到含能材料基础研究领域的密切关注,其中,全氮五唑阴离子具有环状共振结构,足球波胆推荐,相对稳定,是全氮化合物家族中有望实现应用的化合物之一。然而,全氮五唑阴离子的实验合成极具挑战性。在全氮五唑阴离子提出的半个多世纪里,室温稳定的五唑材料一直未研制出来,成为制约全氮化学发展的重要挑战之一。

继2017年初南京理工大学研究团队成功实现五唑铵盐和一系列金属离子盐的合成,中物院化材所的研究人员在探索新型三维全氮五唑含能材料上取得了新进展。与已有报道中五唑阴离子主要依靠水合氢键来稳定其结构的思路不同,研究人员通过分析发现,五唑阴离子本身具有多重的配位能力,可以与金属离子配位形成具有多维度的骨架结构,从而为合成新型五唑含能金属配合物提供了可能性。基于该设计思路,他们采用金属配位稳定化的新策略,利用五唑阴离子与钠阳离子的强配位作用,成功制备了一种结构稳定的三维沸石骨架五唑钠盐(MPF-1)。该三维骨架含有两种不同的五唑纳米笼结构(Na20N60和Na24N60),并通过较强的金属配位键组装成一种类沸石结构的开放式框架材料。这种材料打破了已有五唑盐主要依靠水合氢键稳定化结构的限制,表现出更优秀的热稳定性(147.5 ℃)。该工作为进一步发展新型多维结构的金属五唑材料提供了新思路。

近两年来,该研究团队原创性地研发了几十种新型高能单质炸药,多项创新成果引起国内外同行的高度关注。2017年,他们成功研制出接近单质炸药能量密度极限的高能炸药二硝胺联噁二唑(代号ICM-101),实测密度达到2克/立方厘米,接近国际公认的目前实际应用能量最高、威力最强大的有机单质炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20,密度2.03克/立方厘米,美国研发),该成果已在Nature子刊NatureCommunications上在线发表。这是我国炸药领域科学家在该类刊物发表的首篇研究论文,成果受到审稿人的高度评价,被称为“探索合成高能炸药CL-20替代物的重要进展”。


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