Dominique R. Wozniak, Davin G. Piercey

1. 引言

高能密度材料（high-energy-density material,HEDM）在炸药、推进剂和烟花中的广泛应用引起了研究人员的注意。不断增长的对更安全、高效、环保的HEDM的需求一直在影响着人类寻找这些独特材料。因此，无论是在实验上还是在计算上，人们已经对这类材料的合成和表征进行了很长时间的研究[1,2]。

“经典”炸药，如2,4,6-三硝基甲苯（2,4,6-trinitrotoluene,TNT）、环三亚甲基三硝胺（1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacyclohexane, RDX）和1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷（1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetraazacycloocatane, HMX）从同一分子中的燃料和氧化剂的组合中获得爆炸性能。2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂四环十二烷（2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurzitane, CL-20）和八硝基立方烷（octanitrocubane, ONC）等“第二代”炸药，由于分子中存在笼状应力，因此比传统炸药具有更大的能量值[1–3]。

HEDM设计的最新动向之一是高氮和多氮化合物。所有高氮物质的能量值都来自形成延长的单键氮和双键氮体系的高热量。氮化学不同于碳化学；氮与碳不同，碳的键序增加会导致平均键能降低，而氮的键序增加则导致平均键能升高[4]。由于这种异常的特性，氮气中的单键和双键形成氮-氮三键，会释放大量能量。如此大的能量释放对于其在HEDM中的应用具有潜力，但也意味着多氮化合物是亚稳态的，从而使其合成和表征变得困难。在2016年之前，只有N5+和叠氮化合物阴离子被大规模合成[5,6]。

最近，五唑阴离子（cyclo-N5−）受到的关注显著增加。2016年之前，多项计算性研究准确地预测了cyclo-N5−的稳定性和存在性。对cyclo-N5−进行理论分析，使其在放热反应中分解为N3−和N2，同时释放出14.3 kcal·mol−1（1 kcal = 4.184 × 103J）的能量。该反应的势垒为27.2 kcal·mol−1[7,8]。生成热（ΔHf, 298 K）和电离势分别为59.6 kcal·mol−1和5.06 eV [8–10]。该数据表明在适当条件下解离cyclo-N5−的可能，同时也是许多合成化学家努力获得和了解这种阴离子的最初动机[11]。……