辅助配体调控的叠氮类配合物的制备、感度及量热学研究

Inorganic metal azides are potential energetic materials for having high nitrogen content and positive formation enthalpy, but metal azides are not applied as energetic materials except lead azide and mercury azide because of their extreme sensitivity. Developing metal azides with suitable sensitivity has been particularly challenging. This project takes advantage of crystal engineering theory to design low sensitivities metal azide complexes by controlling the distance of non-bonded N-N distance of azide with amino-replaced pyrazine as auxiliary ligands based on the Cartwright's latest research results. We'll measure sensitivities and obtain standard molar formation enthalpy through rational thermochemical cycle of such complexes to investigate the relationship among structure、sensitivities and energy to provide guidance for the structure regulation; and research thermal decomposition and thermal decomposition dynamics behaviors of such complexes to provide the scientific basis for the stability evaluation; and study the thermokinetics of the reaction to establish the best reaction conditions to provide support for the production design of thermodynamics. The results will provide the theory reference and experimental accumulation for reasonable design of low sensitivity azide complexes, and have the important meaning for promoting application to the field of energetic materials of such complexes.

无机叠氮化合物是一类非常好的高能量密度材料, 但是感度太高成为限制无机叠氮化合物在含能材料领域中应用的瓶颈, 如何降低无机叠氮化合物的感度已成为含能材料领域的研究热点与难点之一。基于Cartwright的最新研究结果, 本项目利用晶体工程原理, 通过氨基取代吡嗪高氮辅助配体来调控分子中相邻叠氮根上未配位的N原子之间的最小距离, 设计合成低感度叠氮类配合物, 对该类配合物进行感度测定, 然后通过设计热化学循环获得该类配合物的标准摩尔生成焓, 进行能量评价, 研究结构、感度以及能量之间的关系，为结构调控提供指导; 对该类配合物进行热分解和热分解动力学研究, 为稳定性的评价提供科学依据; 同时对合成反应进行热动力学研究, 确立最佳反应条件, 为生产设计提供热力学支撑。研究结果将为合理设计低感度叠氮类配合物提供理论借鉴和实验积累, 对促进此类化合物在含能材料领域中的应用具有重要意义。

目前，世界各国都在积极开展与高能量密度材料相关的研究工作，致力于高能、钝感、成本低且环境友好的高能量密度材料的研究工作已经成为含能材料领域的前沿课题。无机叠氮化物是一类优异的含能材料，但由于感度太高，除了叠氮化铅与叠氮化银广泛用作起爆药之外，其它的无机叠氮化合物在含能材料领域的应用研究长期以来未能取得实质性突破。感度太高已成为限制无机叠氮化合物在含能材料领域中应用的瓶颈，如何降低无机叠氮化合物的感度已成为含能材料领域的研究热点与难点之一。. 本项目设计合成了新型的氨基取代吡嗪高氮辅助配体，合成了12个辅助配体调控的叠氮类含能配合物。通过引入辅助配体，利用辅助配体的长度和空间位阻来有效地增大分子中叠氮根上未配位的N原子之间的最小距离，实现了降低无机叠氮化合物感度的目的，并对上述产物进行了物理化学及结构表征；通过量化计算获得了该类配合物的标准摩尔生成焓，对配合物的能量进行评价；对该类配合物进行撞击感度与摩擦感度测试，以获得配合物感度数据；对该类配合物进行TG-DSC-原位红外联动研究，确定了有效的能量组分，为结构调控提供了指导，并以热分析手段研究该类叠氮类配合物对双基固体推进剂主要组份的催化燃烧效果，筛选出一系列具备高能钝感和谐统一特点的叠氮类含能配合物。本研究结果将为合理设计高能钝感叠氮类配合物提供理论借鉴和实验积累，对促进此类化合物在含能材料领域中的应用具有重要意义。