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金属配合物在诸多领域有着重要的研究意义,通过选用合适的配体和金属盐可以制备出大量含能配合物,从可增加传统含能材料的能量密度,并降低含能材料的敏感度等。
本文分别以5-氨基-1H-1,2,4-三唑-3-乙酸(ATAA)、四唑(Tz)为配体和过渡金属盐制备出[Cu3(ATAA)3(H2O)7(OH)]?2NO3、[M(ATAA)2(H2O)2]?2H2O(M=Zn,Cd)、[Zn(Tz)2]n、{[M5(Tz)9](NO3)?6H2O}n(M=Zn,Cd,Mn)7种含能金属配合物。采用红外光谱(IR)、元素分析(EA)对其结构进行了分析表征。利用水热法和溶剂挥发法得到以上7种配合物的单晶,并通过X-射线单晶衍射仪(XRD)分别确定了它们的晶体结构。
[Cu3(ATAA)3(H2O)7(OH)]?2NO3的分子式为C12H30N14O20Cu3,属于三斜晶系,空间群为P-1;[M(ATAA)2(H2O)2]?2H2O(M=Zn,Cd)的分子式为C8H18N8O8M,其中,[Cd(ATAA)2(H2O)2]?2H2O属于三斜晶系,空间群为P-1,其余属于单斜晶系,空间群为P21/n;[Zn(Tz)2]n的分子式为C2H2N8Zn,属于正交晶系,空间群为Pbca;{[M5(Tz)9](NO3)?6H2O}n(M=Zn,Cd,Mn)的分子式为C9H21N37O9M5,属于六方晶系,空间群为P63/m。
采用差示扫描量热法(DSC)分别测定了3种三唑类金属配合物对高氯酸铵(AP)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)及环四亚甲基四硝胺(HMX)的催化分解特性。
采用DSC和TG研究了4种四唑类含能配合物的热分解行为,测定其恒容燃烧热(ΔcU)发现4种含能配合物的恒容燃烧热大小顺序依次为[Zn(Tz)2]n>{[Mn5(Tz)9](NO3)?6H2O}n>{[Zn5(Tz)9](NO3)?6H2O}n>{[Cd5(Tz)9](NO3)?6H2O}n。之后根据Hess定律,由ΔcU计算获得四种含能配合物的标准摩尔生成焓(ΔfHQm)。采用Kissinger法和Ozawa法计算获得了这4种四唑类含能配合物的非等温反应动力学参数及其对应的热分解动力学机理函数。
利用热分解特征温度及热分解动力学参数,通过计算获得了4种配合物的自加速分解温度(Te0)、热爆炸临界温度(Tbp0)、热点火温度(Tbe0)以及热分解过程的活化熵(ΔS≠)、活化焓(ΔH≠)和活化自由能(ΔG≠),从而对其热安定性进行评价。利用K-J公式计算了它们的爆速和爆压,并测试它们的感度,以对其爆轰性能和安全性进行评价。
本文分别以5-氨基-1H-1,2,4-三唑-3-乙酸(ATAA)、四唑(Tz)为配体和过渡金属盐制备出[Cu3(ATAA)3(H2O)7(OH)]?2NO3、[M(ATAA)2(H2O)2]?2H2O(M=Zn,Cd)、[Zn(Tz)2]n、{[M5(Tz)9](NO3)?6H2O}n(M=Zn,Cd,Mn)7种含能金属配合物。采用红外光谱(IR)、元素分析(EA)对其结构进行了分析表征。利用水热法和溶剂挥发法得到以上7种配合物的单晶,并通过X-射线单晶衍射仪(XRD)分别确定了它们的晶体结构。
[Cu3(ATAA)3(H2O)7(OH)]?2NO3的分子式为C12H30N14O20Cu3,属于三斜晶系,空间群为P-1;[M(ATAA)2(H2O)2]?2H2O(M=Zn,Cd)的分子式为C8H18N8O8M,其中,[Cd(ATAA)2(H2O)2]?2H2O属于三斜晶系,空间群为P-1,其余属于单斜晶系,空间群为P21/n;[Zn(Tz)2]n的分子式为C2H2N8Zn,属于正交晶系,空间群为Pbca;{[M5(Tz)9](NO3)?6H2O}n(M=Zn,Cd,Mn)的分子式为C9H21N37O9M5,属于六方晶系,空间群为P63/m。
采用差示扫描量热法(DSC)分别测定了3种三唑类金属配合物对高氯酸铵(AP)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)及环四亚甲基四硝胺(HMX)的催化分解特性。
采用DSC和TG研究了4种四唑类含能配合物的热分解行为,测定其恒容燃烧热(ΔcU)发现4种含能配合物的恒容燃烧热大小顺序依次为[Zn(Tz)2]n>{[Mn5(Tz)9](NO3)?6H2O}n>{[Zn5(Tz)9](NO3)?6H2O}n>{[Cd5(Tz)9](NO3)?6H2O}n。之后根据Hess定律,由ΔcU计算获得四种含能配合物的标准摩尔生成焓(ΔfHQm)。采用Kissinger法和Ozawa法计算获得了这4种四唑类含能配合物的非等温反应动力学参数及其对应的热分解动力学机理函数。
利用热分解特征温度及热分解动力学参数,通过计算获得了4种配合物的自加速分解温度(Te0)、热爆炸临界温度(Tbp0)、热点火温度(Tbe0)以及热分解过程的活化熵(ΔS≠)、活化焓(ΔH≠)和活化自由能(ΔG≠),从而对其热安定性进行评价。利用K-J公式计算了它们的爆速和爆压,并测试它们的感度,以对其爆轰性能和安全性进行评价。