【摘 要】
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富氮高能量化合物是一种新型的高能量密度物质(HEDM)。在近些年来,富氮化合物被大量的文献所报道,在实验合成和理论研究等方面均具有十分快速的进展。这是由于富氮化合物有着众多
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富氮高能量化合物是一种新型的高能量密度物质(HEDM)。在近些年来,富氮化合物被大量的文献所报道,在实验合成和理论研究等方面均具有十分快速的进展。这是由于富氮化合物有着众多优势,如可作为钝感起爆药、燃气发生剂的组成成份等。这无论是在军事领域还是在经济建设中,都有着巨大的应用前景。众所周知,合成高能物质首先考虑的必然是稳定性与生成焓,含能材料的研制过程具有很高的危险性,这是因为它所具有的爆轰特性所带来的高度不稳定性。本文利用理论计算的方式对掺杂不同取代基的叠氮基四唑(N7CR)这一新兴的富氮化合物展开了研究工作。研究了离子形式的叠氮基四唑(CN7–)的合成反应过程,以及在掺杂了H,–CH3,–NH2,F,Cl后所形成的中性化合物的几何结构与稳定性。通过计算所得出的结果可以作为实验合成的理论参考,规避了反复实验过程中的危险性。 本文采用密度泛函方法(DFT)以 N3–和 N3CN作为反应物设计出了合成N7C–的化学反应路径,对整个过程中所利用的结构几何构型进行研究,并分析整体结构的热力学以及动力学稳定性。研究了当不同取代基(H,–CH3,–NH2,F,Cl)掺杂进CN7–结构中,所得到的中性N7CR。通过对体系的势能曲面的研究,确定分解异构化反应路径,通过分解势垒进而确定体系的动力学稳定性。分析可得,研究的所有化合物均具有很高的含氮量;当掺杂进 H原子(N7CH)时对比与CN7–体系时的稳定性有了显著的提高(体系的势垒高度由29.7 kcal?mol–1提升到了38.9 kcal?mol–1)。同时,整个N7CR体系的稳定性均处于能理论合成的界限以上。可以预见的是,富氮化合物的理论研究将会飞速的发展,也会为实验合成提供更全面的数据。
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