N5衍生物近期研究進展

陸 明，許元剛,王鵬程，林秋漢

(南京理工大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 南京 210094)

引 言

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圖的單晶結(jié)構(gòu)Fig.1 Single-crystal structure of

圖2 內(nèi)裝小于爆炸后的9mm 特氟龍-FEP安瓿瓶Fig.2 9mm o.d. Teflon-EP ampule after explosion of less than

2006年，為了更加方便地檢測全氮化合物，H.S.Taylor、T.Schroer和K.O.Christe教授等[13]開發(fā)了用于15N自然豐度NMR光譜的諧波反轉(zhuǎn)降噪方法。該方法優(yōu)于用于處理FID的常規(guī)傅里葉變換方法，并允許檢測自然豐度15N NMR信號，且掃描次數(shù)明顯減少，靈敏度更高。

圖3 A. Vij等利用質(zhì)譜首次檢測到Fig.3 First MS detection of by A. Vij,et al

圖4 (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl和[Na(N5)(H2O)]·2H2O的 晶體結(jié)構(gòu)Fig.4 Single crystal structure of (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl and [Na(N5)(H2O)]·2H2O

2016年，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的E.Stavrou和南佛羅里達大學(xué)的I.I.Oleynik等[24]發(fā)明了理論和實驗方法相結(jié)合在高壓下發(fā)現(xiàn)材料的新方法，示意圖見圖5。理論方面包括搜索能量分布圖，將新的晶體材料識別為多維勢能面的最小值以及計算相應(yīng)的X射線衍射(XRD)圖譜和拉曼(Raman)光譜。 實驗方面包括在金剛石壓砧(DAC)中壓縮和加熱材料，然后使用Raman和XRD表征產(chǎn)物。比較計算光譜和實驗光譜時，將兩方面結(jié)合在一起。

圖5 實驗和理論方法相結(jié)合在高壓下發(fā)現(xiàn)材料的 方法示意圖Fig.5 Schematic of combined experimental and theoretical approaches for materials discovery at high pressures

圖6 實驗檢測到的CsN5和LiN5Fig.6 Experimentally detected CsN5 and LiN5

圖7 結(jié)構(gòu)搜索發(fā)現(xiàn)的60GPa下的兩個CsN5晶體結(jié)構(gòu)Fig.7 Crystal structures of two CsN5 polymorphs at 60GPa discovered during the structure search

表1 金屬配合物

2.3.1 簡單配合物

2.3.2 配位聚合物

圖8 [Na8(N5)8(H2O)3]n的納米籠結(jié)構(gòu)Fig.8 Nanocages of [Na8(N5)8(H2O)3]n

圖9 MPF-1的納米籠結(jié)構(gòu)Fig.9 Nanocages of MPF-1

圖的首批非金屬含能離子鹽的合成Fig.10 Syntheses of the first series of non-metallic energetic pentazolate salts

圖的羥胺鹽、銨鹽和肼鹽的合成Fig.11 Syntheses of the hydroxylammonium, ammonium, and hydrazinium pentazolate salts

隨后，M.Lu等[37]以類似于生成氯化銀的復(fù)分解反應(yīng)，利用硫酸鋇沉淀的難溶性，合成了羧甲基羥胺五唑鹽、O-(4-硝基芐基)羥胺五唑鹽和乙二胺二五唑鹽。

表衍生物的能量性能

3 理論研究

圖13 理論預(yù)測的和CuN5的結(jié)構(gòu)Fig.13 Theoretical predicted structures of BaN5 and CuN5

2018年，法國普瓦提埃大學(xué)的G.Frapper等[43]預(yù)測了BaN5的結(jié)構(gòu)(見圖14)，并發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定范圍是25～80GPa(空間群Imma)。同年，臨沂大學(xué)的J.Li和X.Wang等[44]預(yù)測了高壓(50～100GPa)合成CuN5(見圖13)的可行性及其環(huán)境條件下的穩(wěn)定性。2019年，南京大學(xué)的J.Sun等[45]預(yù)測了系列三價金屬五唑鹽M(N5)3(M=Al、Ga、Sc和Y)在高壓(約40GPa)下的結(jié)構(gòu)(圖14)和穩(wěn)定性。

圖14 理論預(yù)測的Al(N5)3、Ga(N5)3、Sc(N5)3和 Y(N5)3的結(jié)構(gòu)Fig.14 Theoretical predicted structures of Al(N5)3, Ga(N5)3, Sc(N5)3 and Y(N5)3

4 展 望

(2)對已合成的N5衍生物進行全面的科學(xué)評估，篩選出綜合性能突出、具有應(yīng)用潛力的衍生物，加強應(yīng)用研究，為N5衍生物的應(yīng)用明確方向及發(fā)展重點；

(3)開發(fā)全氮或全氮衍生物的性能預(yù)估理論方法或小藥量性能測試方法，建立全氮或全氮衍生物能量性能評價體系，實驗數(shù)據(jù)驗證理論預(yù)估非常必要；

(5)高壓化學(xué)在探索新的全氮物種方面具有優(yōu)勢，如何充分發(fā)揮高壓化學(xué)的優(yōu)點, 并解決卸壓后合成化合物的穩(wěn)定性問題，以及提高高壓制備的量級規(guī)模，是高壓化學(xué)在全氮制備領(lǐng)域中的一個發(fā)展瓶頸。