黑索金與硝酸脲復合物密度泛函研究

劉暢　賀新字　劉福強　王樹濤

摘 要：為了研究黑索金與硝酸脲復合物分子間的相互作用，判斷其能否形成共晶體，運用DFT方法，在B3LYP/6-311+G（d，p）水平下研究了黑索金與硝酸脲復合物的三種結構，從NBO角度分析了兩種組分相互作用的本質，結果表明，其復合物相互作用主要來源是氫鍵;計算了三種復合物的相互作用能，其中結構2的相互作用能最大，為18.9 kj/mol，所形成的結構最穩定，所以共晶體更傾向于形成結構2。

關鍵詞：黑索金;硝酸脲復合物;氫鍵;共價鍵

中圖分類號：TQ560.1

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.029

1 引言

炸藥共晶作為一種新型改性技術，是指在由兩種或兩種以上分子通過分子間氫鍵或其他非共價鍵的作用下，以固定的化學計量比結合而成的結構單元按次序重復排列的多組分分子晶體。國內外研究者對含能材料共晶做了大量的工作。LANDENBERGER用17種非芳香族有機物和TNT結合，制得共晶，研究所得共晶體性能后發現，共晶體感度極大降低;OSMONT等用從頭算法計算了常用的42種含能材料熱力學參數。趙海龍[1]基于DFT理論計算了CL-20與NQ以及HMX與LLM-105之間的分子間作用力，表明CL-20與NQ以及HMX與LLM-105之間可以形成分子間氫鍵。陶俊等[2]用MD方法模擬了摩爾比為2：1的CL-20/HMX共晶體系，結果表明共晶能夠顯著改善體系的抗形變能力和延展性，使CL-20感度降低，共晶體的內聚能密度（CED）較單獨混合高。楊文升等[3]基于DFT理論研究了4種HMX/NQ共晶結構，得到HMX/NQ共晶的分子間作用本質是一系列弱氫鍵和范德華力的共同作用。

2 結果與分析

2.1 計算方法及優化結構

RDX和硝酸脲的初始結構如圖1所示，在B3LYP/6-311+G（d，p）水平下分別進行優化。通過分析兩個分子間可能出現氫鍵的位置，猜測出三種復合物結構，使用DFT方法在B3LYP/6-3II+G（d，p）水平下進行結構優化，計算收斂閾值取程序默認值，最終優化出三種無虛頻的結構，如圖2所示。

2.2 NBO分析

考察所有復合物結構的NBO數據，黑索金與硝酸脲NBO的結果如表1所示。

3 結論

NBO分析表明，結構1存在兩對氫鍵，結構2存在三對氫鍵，結構3除氫鍵外還存在其他的相互作用。三種共晶體結構相互作用力大小分別為11.6 kJ/mol、18.9 kJ/mol、12.0 kJ/mol.其中結構2相互作用能最大，形成結構最穩定，所以共晶體形成過程中趨向與形成結構2。

參考文獻：

[1]趙海龍.新型鈍感含能材料共晶研究[D].太原：中北大學，2014.

[2]陶俊，王曉峰，趙省向，等.CL-20/HMX共晶與混合物的分子動力學模擬[J].含能材料，2016，24（4）：324-330.

[3]楊文升，茍瑞君，張樹海，等.HMX/NQ共晶分子間相互作用的密度泛函理論研究[J].火炸藥學報，2015，38 （ 6）： 78-86.