二茂铁类化合物具有优异的燃速调节功能,主要应用于HTPB/AP的复合推进剂。目前,商品化的二茂铁类燃速催化剂有正丁基二茂铁(NBF)、叔丁基二茂铁(TBF)、2,2-双(乙基二茂铁基)丙烷(卡托辛,Cat)、辛基二茂铁以及双乙基二茂铁基甲烷(Hycat 6D)),这些二茂铁衍生物虽可以提高复合推进剂的燃速,但是依然存在易迁移、易挥发等缺陷。因此研究一类催化性能优异、热稳定性高、电化学性质稳定、迁移性低等各方面性能完美结合的二茂铁类燃速催化剂成为现阶段的首要目标任务。离子化合物由于其特殊的性质(密度高、蒸汽压低、离子化合物的阴阳离子模板易于设计修饰)受到二茂类燃速催化剂研究者关注。研究者们试图将离子化合物与二茂铁类燃速催化剂相结合,设计一些低迁移性、高生成晗、热稳定性好、感度低以及燃烧时易达到平衡的一些二茂铁离子化合物。本论文将多氰根阴离子引入到二茂铁离子化合物中,设计并合成了一类双核二茂铁咪唑类富氮化合物,在降低迁移性和挥发性的同时,试图提高固体推进剂的能量水平。本文的主要研究内容如下：(1)以含有不同烷基链的双二茂铁亚甲基烷基咪唑碘化物、1.1,3,3-四氰根丙烯酸钾、1,1,2,3,3-五氰根丙烯酸吡啶、1,1,2,5,6,6-六氰根-3,4-二氮已二烯四乙基铵为原料,设计并合成了24种双核二茂铁咪唑类富氮含能离子化合物,分子通式为：[FcCH2(IM)(CH2)n(IM)CH2Fc]2+(X-)2[Fc=二茂铁；IM=咪唑；n=1,4-10；X-=1,1,3,3-四氰根丙烯酸根(化合物1-8)、X-=1,1,2,3,3-五氰根丙烯酸根(化和物9-16)、X-=1,1,2,5,6,6-六氰根-3,4-二氮已二烯酸根(化合物17-24)。合成过程均选用对环境友好且成本低的水为溶剂或者极少量的甲醇,反应条件为室温,合成步骤简单,产物易于分离提纯,收率较高。通过1H NMR和13C NMR, EA, FT-IR, UV/Vis等技术对此产物进行了表征,确定了其组成和结构。(2)通过循环伏安法研究了双核二茂铁咪唑富氦含能离子化合物1-24的电化学性质。研究发现,化合物1-24的Ep1/2为553-673mV,均比相同条件下NBF (394 mV), TBF(378 mV)和Cat (347 mV)的电位值高了210mV,表明离子类二茂铁化合物抗氧化能力比中性的二茂铁类化合物更好。(3)研究了部分化合物(2,4,7,10,18)以及(Cat)卡托辛的迁移性。研究结果发现,在老化30天后,卡托辛迁移率达到了38.14%,10和18分别为0.04%、0.17%,存在一定的迁移现象,2,4,7的迁移率接近0%。因此二茂铁类离子化合物的特性很好的解决了中性二茂铁类燃速催化剂的迁移性问题。(4)采用DSC技术评价了化合物1-24以及(Cat)卡托辛对固体推进剂主组份高氯酸铵(AP)和黑索金(RDX)热分解时的燃烧催化作用。研究结果表明,AP中添加最佳质量百分含量5wt.%化合物1-24的一种时,其高温分解峰和低温分解峰均发生了显著的移动：335.0-345.0℃出现了一个新的放热峰,向低温方向移动了93.3-103.3℃,放热量为-875.1J·g-1至-1611.1 J·g-1而当在RDX中添加5wt.%的1-24时,放热量为-817.4J·g-1至-1533.5J·g-1。可见,化合物1-24对AP与RDX的热分解均有明显的催化作用。综上所述,本文设计合成的新型24种双核二茂铁咪唑富氮含能离子化合物对固体推进剂主组份热分解时具有显著的燃速催化效应,同时具有低迁移性,高热稳定性以及强抗氧化能力等优点,具有潜在的应用价值。