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本文以硝基咪唑为研究对象,研究了它们的合成、表征、晶体结构和性能,重点探讨了4-硝基咪唑衍生物、二硝基咪唑及其衍生物和2-叠氮基-4-硝基咪唑及其衍生物的合成、表征、晶体结构和性能。以CuI/TBAB为催化剂,高效温和的合成出了一系列多硝基苯取代的4-硝基咪唑衍生物,包括1-(2,4,6-三硝基苯)-4-硝基咪唑、1-(3-氨基-2,4,6-三硝基苯)-4-硝基咪唑、1-(3,5-二氨基-2,4,6-三硝基苯)-4-硝基咪唑、3,5-二-(4-硝基咪唑)-2,4,6-三硝基苯胺、3,5-二硝基-2-(4-硝基咪唑)-4-氨基吡啶。研究了1-(3-氨基-2,4,6-三硝基苯)-4-硝基咪唑的晶体结构,晶体属于单斜晶系,空间群为P21/N。以TBAB为相转移催化剂,分别合成出了1-(2,4,6-三硝基苯)-2,4-二硝基咪唑1,1-(3-氨基-2,4,6-三硝基苯)-2,4-二硝基咪唑2,1-(3,5-二氨基-2,4,6-三硝基苯)-2,4-二硝基咪唑3,1-(2,4,6-三硝基苯)-4,5-二硝基咪唑4,1-(3-氨基-2,4,6-三硝基苯)-4,5-二硝基咪唑5和1-(3,5-二氨基-2,4,6-三硝基苯)-4,5-二硝基咪唑6,并对比研究了1、3、4、5、6的晶体结构。1晶体属于单斜晶系,空间群为P21/N；3晶体属于单斜晶系,空间群为P21/N；4晶体属于正交晶系,空间群为P212121；5晶体属于正交晶系,空间群为P212121；6晶体属于正交晶系,空间群为P212121。从晶体数据可知,化合物的密度随着2个氨基的引入而增加,而随着1个氨基的引入而减小。利用DSC研究了所有化合物的热性能,结果表明,所有化合物的分解温度在250～350℃之间,并且它们的热稳定性随着氨基的引入而下降。对四种文献未见报道的二硝基咪唑衍生物2、3、5、6进行了撞击感度和摩擦感度测试。测试结果为：撞击感度的爆炸概率分别为92%、76%、64%和76%；摩擦感度的爆炸概率分别为80%、36%、76%和48%。采用两种方法合成出2-叠氮基-4-硝基咪唑,进而又分别合成出了2-叠氮基-4,5-二硝基咪唑,1-(2,4,6-三硝基苯)-2-叠氮基-4-硝基咪唑和1-(3-氨基-2,4,6-三硝基苯)-2-叠氮基-4-硝基咪唑。将2-叠氮基-4-硝基咪唑分别与碳酸铵、碳酸胍和浓硝酸反应,得到了相应的铵盐、胍盐和硝酸盐,并对其结构进行了表征。研究了2-叠氮基-4-硝基咪唑一水合物的晶体结构,晶体属于单斜晶系,空间群为P21/N；研究了1-(2,4,6-三硝基苯)-2-叠氮基-4-硝基咪唑的晶体结构,晶体属于正交晶系,空间群为Pbca;研究了1-(3-氨基-2,4,6-三硝基苯)-2-叠氮基-4-硝基咪唑的晶体结构,晶体属于正交晶系,空间群为Pbca。运用Gaussian09程序中的密度泛函DFT-B3LYP方法计算了6种二硝基咪唑衍生物的爆速和爆压,爆速在8.28～8.48km/s之间,爆压在31.36～32.82GPa之间；计算了2-叠氮基-4-硝基咪唑及其衍生物的爆速和爆压,爆速在7.49～8.41km/s之间,爆压在24.12～31.70GPa之间；计算了三硝基咪唑衍生物的爆速和爆压,爆速在8.6～9.4km/s之间,爆压在34～41GPa之间；计算了2-叠氮基-4-硝基咪唑离子盐的固相标准生成热,其值在292～338kJ/mol之间,其爆速在7.3～8.6km/s之间,爆压在18～33GPa之间。