基于金属-富氮类有机配体框架的含能复合物的构筑

As a representative of novel multifunctional energetic materials, porous energetic composites are becoming the focus in the fiel, due to the characteristics inheriting from porous host and gest filler meeting the different application needs.However, the development of novel present porous energetic composites are limited by many difficultis such as singleness of hosts and gests,the inconvenience of the preparation and the hardness of the filling techniques.Thus,the design and development of novel host-gest mode energetic composites are becoming the opportunities and challenges.In the view of above problems, metal-organic frameworks (MOFs) are introduced into porous energic composite research as a new host porous material. Whole new 3D energetic MOFs are constructed by the nitrogen-rich organic moleculars having good coordinate ability as ligands using hydrothermal synthesis and other simple methods. Moreover,by utilizing the special structures and strong adsorption capacity,the oxidizing or reducing gas is adsorped to obtain the near zero oxygen balance new energetic composite.And the framework could also be filled with other high energy density materials to product the new energetic composite material with high stability.By these two new strategies, novel energetic composites are constructed，which could not only rich the varieties of energetic porous composites but also provide the design ideas for this field.

多孔复合含能材料作为新型多功能含能材料的代表正逐渐成为该领域的研究热点，原因在于其具备的主体多孔材料和客体填充物的双重特性能够满足不同性质需求。然而，现有多孔含能复合材料的开发受到了主客体相对单一、制备方法繁琐、复合填充技术难等方面制约。因此，设计并开发新型主客体模式的多孔含能复合材料成为当前含能领域研究的机遇与挑战。本项目针对以上问题，拟将金属-有机框架（MOFs）作为一种新型主体材料引入含能材料领域。选用高配位能力的富氮类含能有机分子作为配体，拟用水热合成等简单制备方法，构筑具有含能特性的全新三维结构MOFs。在此基础上，利用MOFs的特殊孔状结构和强吸附能力，吸附氧化性或还原性气体形成近零氧平衡的新型含能复合物；亦可填充其他高能量密度物质获得新型稳定的高能复合物。通过这两种新型复合手段，构筑全新模式的含能复合物，不仅丰富多孔含能复合材料的种类，而且为新型含能材料的开发提供全新思路。

含能金属有机框架（metal organic frameworks， MOFs）作为一种新颖的含能材料已经逐渐被引起重视，它是一种高能量密度的含能材料，亦可通过其有序孔道向其内部添加高能量密度物质，达到降低感度提高能量的目的，从而解决含能材料感度与能量相互制约的问题。本项目在实际研究中，首先从富氮类含能有机配体的设计与合成入手，先后实现了5-氨基四唑，偶氮联四唑，3，5-二四唑基三唑和5，5’-联四唑-1,1’-二氧二羟胺盐的合成，其中3，5-二四唑基三唑是具有原创性的设计合成，该化合物的大规模合成已经申请了专利保护。并利用此四种配体构筑含能MOFs结构近二十个，并从单晶结构等表征入手，充分分析了其晶体结构，热性能，爆轰性能等一系列性质。作为应用扩展，我们重点研究了富氮类含能MOFs的在不同材料领域的应用前景：发现这些MOFs中，不仅有一些可以作为新型的高能低感或者钝感高能量密度材料，还可以作为优良的前体制备相应金属的纳米氧化物，还可以对固体推进剂中的氧化剂有很好的催化分解作用，相关成果都发表在国际高影响力期刊上，并得到了编辑和审稿人的一直好评。另外，我们将含能MOFs做成凝胶体，利用溶胶-凝胶使得高能炸药Cl-20在含能MOFs凝胶中进行包裹，形成了均一的含能MOFs凝胶/高能量密度物质的复合物，此类复合物相比原本高能炸药安全性能大大提升，而能量方面却能够得以保持，是一类极具应用前景的全新复合含能材料。