Crystal Growth & Design：N₂H₆²⁺高能盐:提高炸药密度、平衡炸药安全性和能量的一种有前途的策略

我团队在《Crystal Growth & Design》（中科院2区，影响因子4.01）发表了题为“ N₂H₆²⁺ Energetic Salts: A Promising Strategy for Increasing the Density and Balance Safety and Energy of Explosives”的研究论文，我团队博士研究生张锦浩为第一作者，金波教授为通讯作者，西南科技大学为第一通讯单位。

【研究背景】

N₂H₆²⁺ 阳离子不仅具有较高的生成热，还可以与母体炸药结合形成比母体分子密度更高的高能盐。5-(4-氨基呋喃-3-基)-1-羟基四唑(AFTO)和5-(1H -1,2,4-三唑-4- 3-基)- 1H-四唑1-氧(TzTO)具有良好的热稳定性、高能量密度、低机械灵敏度和平面结构，被选为亲本分子通过调整N₂H₄·H₂O与AFTO和TzTO的摩尔比，得到了N₂H₆(AFTO)₂、N₂H₅TzTO和N₂H₆(TzTO)₂3种不同的高能盐。单晶x射线衍射(SC-XRD)和安全性能测试(热稳定性和机械灵敏度)表明，与N₂H₅⁺盐相比，N₂H₆²⁺盐具有更高的密度、机械不敏感性和优异的热稳定性。这是因为N₂H₅⁺盐的分子端以离子键连接为主，而另一端仅以弱相互作用的氢键连接。N₂H₆²⁺盐中BTO、AFTO和TzTO阴离子的上下两层通过离子键和氢键与N₂H₆²⁺相互作用，使层间间距变小，堆积更紧密。此外，N₂H₆²⁺含能盐表现出更紧密的π-堆积模式，使其更安全。因此，N₂H₆⁺高能离子盐可能是不敏感的HEDMs。

【工作简介】

(a-c) ：N₂H₆(TzTO)₂沿c、b轴的晶体结构图和填充图

本研究设计并合成了3种含能盐，分别是AFTO和TzTO与水合肼在70℃下的不同摩尔比下的N₂H₆(AFTO)₂、N₂H₅TzTO和N₂H₆(TzTO)₂。通过单晶XRD测试，结果表明N₂H₆²⁺盐的密度高于N₂H₅⁺盐，甚至优于AFTO和TzTO的亲本分子。N₂H₆(AFTO)₂(ρ = 1.805g·cm^?3)比AFTO (ρ = 1.732 g·1.706 g·cm^?3)和N₂H₅AFTO (ρ = 1.706 g·cm^?3)有显著的改善。N₂H₆(AFTO)₂和N₂H₆(TzTO)₂不仅具有良好的热稳定性(T_d= 270和255℃)，而且对机械刺激不敏感(IS = 35 J和≥40 J;FS≥360 N)和良好的爆轰性能(D = 9071和9037 m·s^?1;P = 31.1和28.1 GPa)，这是通过使用EXPLO5 6.02程序观察到的。具有高安全性和高能量的N₂H₆²⁺含能盐有望为高能量、不敏感的含能材料提供一种简单有效的合成策略。

链接：https://doi.org/10.1021/acs.cgd.3c00243