三唑和四唑是目前构筑富氮含能材料的热门选择之一。四唑环的高氮含量可以提高化合物的生成焓,有利于增加高爆轰性能,而三唑具有非常优良的感度性能,可以增加含能材料分子的安全性能。因此,三唑和四唑组合,有利于同时兼顾四唑环高氮含量和三唑环的安全性能,从而得到高能钝感的多环类富氮化合物。唑环构筑富氮化合物时,根据不同的的连接方式,可以大致分为唑环直接连接和氮桥连接等。氮桥连接的唑类化合物,由于氮桥可以参与整个分子的共轭,继承唑类含能化合物良好的平面性,同时氮桥的存在又可以提高整个分子的氮含量而提高化合物的生成焓,因此它是桥联富氮化合物的理想选择,例如偶氮基团就是最常见的氮桥之一。以3-氨基-5-氰基-1H-1,2,4三唑(2-1)为原料,采用两种合成步骤完成了新型三唑-四唑多环类富氮含能化合物1,2-双(5-(1H-四唑-5-基)-1H-1,2,4-三唑-3-基)二氮烯(2-4)的制备,并对合成路线进行了优化,使得最终总产率分别达到了 82.34%和77.70%。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振碳谱(13C NMR)、质谱(MS)和元素分析对化合物2-4及重要的新型含能中间体1,2-双(3-氰基-1H-1,2,4-三唑-5-基)二氮烯(2-2)结构进行了表征;采用热重法(TG)-差示扫描量热法(DSC)、BAM标准法测定了化合物2-2和2-4的热性能和感度性能;通过氧弹量热仪测定了两者的的燃烧热并根据赫斯定律计算了标准摩尔燃烧焓;最后利用EXPLO5模拟了爆轰性能。晶体结构证明,富氮含能化合物1,2-双(5-(1H-四唑-5-基)-1H-1,2,4-三唑-3-基)二氮烯(2-4)为大共轭平面结构,有利于层与层的四唑环间产生π-π作用;其中较多的氮元素间,可以形成大量的氢键作用。这两种作用均有利于构筑平面堆积结构的富氮含能金属配位化合物和离子盐等,而层状堆积结构可以有效的增强富氮含能材料的安全性能。因此,利用化合物2-4与镁离子构筑了金属有机框架材料[Mg2(BTTD)(H2O)8]n(3-1),与钙离子构筑了金属离子盐[Ca(H3BTTD)2(H2O)7]n(3-2),X射线单晶衍射实验结果证明,金属有机框架(3-1)和(3-2)的晶体结构均为层状堆积结构,感度实验结果证明这两个化合物均为不敏感的富氮含能材料。本工作利用单晶结构数据对分层结构的原因进行了详细分析,单晶结构的数据证明,这种分子结构对含能材料的宏观性质存在着重要的影响。同时,系统地表征了这些化合物的物理和化学性质,如机械感度,热稳定性和爆轰性能。此外,发现化合物2-4和3-2可以用作制备高纯度红色烟火剂的添加剂。以偶氮三唑类中间体2,2’-(3,3’-偶氮-双(1H-1,2,4-三唑-5基))二乙酸(H2DTDA,4-1)与氢氧化锶八水合物为原料,在水热条件下制备了一种金属有机框架(MOFs)结构的新型红色烟火着色剂[Sr2(DTDA)(H2O)6]n(4-2);采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线单晶衍射(XRD)、粉末X射线单晶衍射(PXRD)和元素分析等对化合物结构进行了表征;采用热重法(TG)-差示扫描量热法(DSC)、BAM标准法测试了化合物4-2的热性能和感度性能;设计了烟火剂配方,对化合物4-2应用于红色烟火着色剂的可行性进行分析。