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五唑阴离子
——前行中的新一代高含能材料

2021-01-26林秋汉王鹏程许元刚陆明

工程 2020年9期

林秋汉,王鹏程,许元刚,陆明

School of Chemical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China

五唑,作为氮杂五元环中最后被发现的结构单元,备受学术界的关注[1,2],五唑中的五个氮原子以N–N和N=N键形成的五元环结构具有芳香性,从而使其具有较好的热稳定性[3],以其为基础合成得到的多数金属盐和非金属盐的分解温度均高于100 ℃,这是除N2、之外,唯一一个常温稳定的全氮结构[4–7]。以五个氮原子相连的链状N5+,早在1921年就被合成出来[6,8],但是由于其不具备芳香性,分解温度低于0 ℃(图1)。

氮杂五元环被广泛应用于含能材料,吡啶、咪唑、三唑、四唑等五元环常作为含能化合物的骨架结构,通过在骨架上进行含能基团的修饰合成出了成千上万的性能各异的含能材料。五唑作为唑类化合物的一个最终成员,同样不可缺少地被期望作为一类新型的含能材料。现如今,合成得到的常温稳定的五唑化合物包括其金属盐[9–12]、非金属盐[13–16]、配位聚合物[17]、多孔无机骨架[18–20]等(图2)。

然而,与其他五元环相比,现如今并没有功能基团(如–NO2、–NNO2、–NH2、–N=N–等)取代的五唑化合物被合成出来,这可能是由于五唑环本身的不稳定性导致的,芳香五唑环在一些强酸、强碱环境下会逐渐开环,分解为N2和N3–,因此,对五唑环的基团修饰较为困难。然而,这并不能说明不存在该类化合物。基团修饰的五唑将是五唑化学的一个重要方向。

含能材料领域,基于五唑的大量金属盐和非金属盐已被合成出来。在一定的温度下,即使微量的五唑金属盐样品也可产生热爆炸,这毫无疑问地说明五唑金属盐具有含能特性。……

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