1,2,4,5-四嗪含氮取代基衍生物结构和性质的理论研究

在B3LYP/aug-cc-pvDZ理论水平上研究了CN,NO2,NH2,N3,N2H,NHNH2,N4H和N4H3含氮取代基取代1,2,4,5-四嗪环上的两个氢原子生成的衍乍物,预测了它们的分f构犁、分解能及含能性质.对衍生物分解能的研究结果表明.CN取代的衍生物的分解能比未取代时更高,而其余基团的取代使分解能降低.生成热的研究显示取代基化合物的生成热越大,取代1,2,4,5-四嗪中的氢原子后生成衍生物的牛成热也越大;CN,N3和N4H取代的1,2,4,5-四嗪衍生物的单位原子生成热在83.1～95.2 kJ,比文献报道的三叠氮基-均三嗪的(70.2 kJ)更高;N4H,N3,N4H3,N2H和CN取代的1,2,4,5-四嗪衍生物,生成热在904.9～1496.6 kJ·mol-1,但N4H和N4H3取代的衍生物分解能较小,稳定性较差.     

均三嗪含氮取代基衍生物的结构和性质

在B3LYP/aug-cc-pvDZ理论水平上研究了—CN、—NO2、—NH2、—N3 、—N2H、—NHNH2、—N4H和—N4H3等含氮取代基取代均三嗪环上的氢原子生成的衍生物, 预测了它们的分子构型、分解能及含能性质. 对衍生物分解能的研究结果表明, —CN 和—NH2取代的衍生物的分解能比未取代时更高, 而其余基团的取代使分解能降低; 取代基化合物的生成热越大, 取代均三嗪中的氢原子后生成衍生物的生成热也越大. —CN、—N3和—N4H取代的均三嗪衍生物的单位原子生成热为71.9、78.7 和82.6 kJ, 比文献报道的三叠氮基-均三嗪的(70.2 kJ)更高. —N4H、—N3 、—N4 H3 、—N2 H和—CN取代的均三嗪衍生物, 生成热为863.1-1735.2 kJ·mol-1, 但—N4H和—N4H3取代的衍生物分解能较小,稳定性较差.     

苯的硝基和叠氮基衍生物的理论研究

在密度泛函理论B3LYP/6-31G*水平下优化了91个苯的硝基(NO₂)和叠氮基(N₃)衍生物的分子几何构型, 预测了它们的密度和生成热, 采用Kamlet-Jacobs方法计算了爆速和爆压, 筛选得到11种爆轰性能较好的高能量密度化合物(HEDC), 计算了它们的多个可能的热解引发键的键离解能(BDE)以及按“氧化呋咱机理”分解时的活化能(E_a). 结果表明, 当分子中有NO₂与N₃相邻时, 分解按“氧化呋咱机理”进行, 分解反应的E_a均大于100 kJ/mol|分子中没有NO₂和N₃相邻时, 热解始于C-NO₂或C-N₃均裂, 裂解的BDE都大于200 kJ/mol. 只含NO₂或N₃的7个物质的稳定性好于同时含NO₂和N₃的物质, 而只含N₃的物质的稳定性又好于只含NO₂的物质, 五叠氮苯和六叠氮苯具有很出色的爆轰性能和稳定性. 无论是能量还是稳定性方面, 筛选得到的11种物质基本符合HEDC的要求.     

气体再燃低NOx燃烧中NO与NHi的反应机理研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)对NO与NH_i自由基的反应机理进行了研究,并结合经典过渡态理论对各反应速率常数进行了计算。结果表明,NO与NH₂自由基的反应体系可通过六个反应通道形成N₂+H₂O、N₂O+H₂和N₂H+OH。从能量变化和反应速率两方面考虑,产物N₂+H₂O最容易生成,其最佳反应通道为NO+NH₂→→N₂+H₂O;NO与NH自由基的反应体系可通过七个反应通道形成N₂+OH、N₂O+H和N₂H+O;其中,N₂+OH最容易生成,最佳反应通道为NO+NH→→N₂+OH。比较发现, NH比NH₂自由基更易与NO发生反应生成N₂。因此,在实际运行中改变操作条件,实现NH₂等向NH方向转化,有利于NO_x的还原。     

高氯酸铵热分解机理的密度泛函理论研究

深入理解高氯酸铵的热分解机理,对于优化固体推进剂配方设计十分重要.我们采用对称破缺密度泛函方法(BS-UB3LYP/6-311+G(d,p)),对高氯酸铵的热分解机理进行了系统的梳理和深入研究.首先,高氯酸铵通过质子转移,生成HClO₄和NH₃,从吸附态进入气相.进而高氯酸的Cl—OH键均裂,生成羟基自由基·OH和三氧化氯自由基·ClO₃,它们优先和NH3反应,生成·NH₂.·NH₂和HClO₄反应生成·ClO₄自由基,进而和NH₃反应生成H₂NO,再被自由基物种拔H生成NO. NO和·OH反应生成NO₂,和·NH₂及·OH反应生成N₂O.这些产物与诸多实验观测结果一致.     

基于偶氮桥连的新型双铁羰基配合物:Fe2(N2C5H10)(CO)6-x (PR3)x的合成及衍生

具有五元环结构的偶氮化合物4,4-二甲基-4,5-二氢-3H-吡咯（N₂C₅H₁₀）,与Fe₃（CO）₁₂在甲苯中加热回流反应,生成双铁六羰基配合物Fe₂（N₂C₅H₁₀）（CO）₆（1）.反应中N=N双键被还原,配体以（N₂C₅H₁₀）^2-的形式与Fe^IFe^I配位,形成具有蝶形结构的34e^-化合物.研究了在脱羰基试剂Me₃NO存在条件下,1和单齿膦配体PR₃反应生成Fe₂（N₂C₅H₁₀）-（CO）₅（PR₃）（PR₃=PPh₃,2a;PCy₃,2b）单取代配合物.光照条件下,化合物1中的CO配体还可以被双齿膦配体dppe[dppe=1,2-C₂H₄（PPh₂）₂]和dppbz[dppbz=1,2-C₆H₄（PPh₂）₂]取代,生成产物的类型和膦配体的夹角相关.与夹角较大的dppe反应,生成桥连产物Fe₂（N₂C₅H₁₀）（CO）₄（μ-dppe）（3a）;而与刚性较大的dppbz反应时,Fe₂（NR）₂的蝶形结构打开呈四元环;其中一个Fe上的CO被取代,dppbz与该Fe中心螯合,生成具有桥连CO的化合物Fe₂（N₂C₅H₁₀）（μ-CO）（CO）₄（κ²-dppbz）（3b）.合成具有Fe^I-CO-Fe^I结构的羰基化合物,一直是模拟[FeFe]氢化酶活性中心还原态结构Fe₂（SR）₂（μ-CO）-（CO）_5-xL_x的重要挑战.该类Fe₂（NR）₂（CO）_6-x（PR₃）_x化合物的合成,能为探索模拟[FeFe]氢化酶活性中心结构提供新的途径和思路.以上化合物均通过核磁[³¹P（¹H）NMR]、红外光谱（IR）、元素分析及X射线单晶结构衍射等表征.     

Ag-ZSM-5催化剂上CH4选择催化还原NOx的研究

摘要研究Ag-ZSM-5催化剂上CH₄选择性催化还原NO_x的反应性能,采用TPD和TPSR技术研究NO和O₂共吸附于Ag-ZSM-5催化剂表面形成的吸附物种及其和CH₄之间的反应。结果表明,Ag-ZSM-5催化剂上CH₄选择性还原NO_x活性和选择性较高。NO和O₂共吸附在Ag-ZSM-5催化剂上形成的NO₃(s)吸附物种能被CH₄还原生成N₂.在NO₃(s)和O₂共存的体系中,CH₄能优先并选择性还原NO₃(s)生成N₂.     

LaMnAl11O19催化剂上生物质气化气燃烧中NH3-NOx的转化特性

采用共沉淀法制备了LaMnAl₁₁O₁₉六铝酸盐催化剂,采用XRD、BET和XPS对样品结构进行了表征,并通过模拟生物质气化气的燃烧实验和NH₃单独氧化实验,分别考察了催化燃烧和均相燃烧过程中NH₃的转化特性。利用原位漫反射红外光谱（in-situ DRIFT）法在线研究了NH₃在催化剂表面的吸附和氧化信息。结果表明,焙烧后催化剂形成磁铅石（MP）结构的六铝酸盐晶体,且具有较大的比表面积,Mn以+2、+3价形式存在晶体中。均相燃烧下模拟气中的NH₃在500℃开始反应,随之就有NO生成。催化燃烧工况下NH₃氧化曲线和模拟气中NH₃的转化曲线相差不大,NH₃的起燃温度为310℃,反应后随之就有NO生成,NO在350℃~800℃保持一个较高的浓度。NO₂的生成温度较高,并仅在较窄的温度区间内出现,在整个燃烧过程中仅检测到几个10^-6的N₂O,反应过程中有40%以上的NH₃转化成NO。DRIFT结果表明,催化剂作用下NH₃的转化遵循 -NH反应机理,即催化剂表面吸附的NH₃分解产生 -NH,-NH与氧原子（O）反应生成HNO,再进一步反应生成N₂或N₂O,或是 -NH直接与氧分子（O₂）反应生成NO。     

三种六氯铈(Ⅳ)酸有机盐的研究

合成了2,6-二甲基-γ-吡喃酮、咪唑和吡啶铈(Ⅳ)的氯化物,化学式为(C₇H₈O₂H)₂CeCl₆、(C₃H₄N₂H)₂CeCl₆和(C₄H₉NH)₄CeCl₈.采用差热、热重分析法比较了上述三种化合物的热稳定性,并配合以电导、红外、紫外光谱等手段进行了结构分析.     

煤炭解耦燃烧过程N迁移与转化Ⅲ:多组分气相化学反应实验

在理想平推流反应器中进行了模拟热解气对模拟烟气中NO、N₂O的还原实验研究,考察了反应温度、过剩空气系数,模拟热解气中CH₄、CO、H₂、NH₃入口浓度与模拟烟气中NO、N₂O入口浓度对NO、N₂O与总氮转化率的影响。结果表明,向NH₃添加可燃气体CO、H₂、CH₄可使NO还原窗口向低温方向移动150~200 K,该温度窗口为1 073~1 223 K;但NH₃-CO-H₂-CH₄-O₂体系对NO、N₂O的还原分解作用依赖于体系的O₂浓度,仅在富燃料情形(过剩空气系数λ为0.6)下可分别达60.6%、100%的NO、N₂O脱除率;在反应温度1 073~1 223 K及过剩空气系数λ为0.6条件下,较高的热解气CH₄、CO、H₂浓度可增加NO排放,但有利于还原N₂O;增加NH₃入口浓度可增加NO分解率。     

高氮化合物及其含能材料*

高氮含能化合物及其含能材料是新型含能材料领域的研究热点之一。相比于传统的含能材料,高氮含能材料具有很多优异或独特的理化性能和爆轰性能。本文综述了新型高氮化合物及其含能材料的研究进展,介绍了国内外近十年来众多研究小组的相关工作,重点阐述了四嗪、四唑和呋咱3大类高氮含能化合物的合成、性能及应用研究进展。结合作者的研究工作,进一步探讨了高氮含能化合物在钝感高能炸药、推进剂和新型气体发生剂等含能材料领域中的应用前景。     

Detection of Cyclo‐N5− in THF Solution

Compelling evidence has been found for the formation and direct detection of the cyclopentazole anion (cyclo‐N₅^?) in solution. The anion was prepared from phenylpentazole in two steps: reduction by an alkali metal to form the phenylpentazole radical anion, followed by thermal dissociation to yield cyclo‐N₅^?. The reaction solution was analyzed by HPLC coupled with negative mode mass spectrometry. A signal with m/z 70 was eluted about 2.1 min after injection of the sample. Its identification as N₅ was supported by single and double labeling with ¹⁵N, which yielded signals at m/z=71 and 72, respectively, with identical retention times in the HPLC column. MS/MS analysis of the m/z=70 signal revealed a dissociation product with m/z=42, which can be assigned to N₃^?. To our knowledge this is the first preparation of cyclo‐N₅^? in the bulk. The compound is indefinitely stable at temperatures below ?40 °C, and has a half‐life of a few minutes at room temperature.     

几种多氮杂环高能化合物的光电子能谱与紫外吸收光谱

多氮杂环化合物由于含氮量高, 具有很高的生成焓, 而且分解产物一般不会对环境造成污染, 因此这类化合物用于环境友好的炸药和推进燃料的前景十分诱人, 成为当前高能量材料的研究热点之一. 利用紫外光电子能谱实验手段和量子化学计算研究了四种多氮杂环化合物[1H-tetrazole (1), 5-aminotetrazole (2), 1,5-diaminotetrazole (3), 1,4-bis(1-methyltetrazol-5-yl)-1,4-dimethyl-2-tetrazene (4)]的电子结构, 提供了这些化合物的电离能: 实验结果表明四个化合物的第一电离能分别为: 11.22, 9.40, 9.27, 9.18 eV; 同时报道了这四个化合物在乙氰溶液中的紫外吸收光谱: 化合物 1～3 均只有一个紫外吸收峰带, 分别为193, 216, 218 nm, 化合物 4 在230和298 nm出现了两个吸收带.     

Studies on azotetrazolate based high nitrogen content high energy materials potential additives for rocket propellants

This paper reports the synthesis, characterisation and thermolysis studies of a series of azotetrazolate salts, viz., ammonium/guanidinium/triaminoguanidinium [azotetrazolate]. TG-DTA and DSC results of these compounds exhibited their thermal stability up to 180°C. DSC indicated the highest heat release (2804 J g^–1) for guanidinium azotetrazolate salt during exothermic decomposition. FTIR of the decomposition products of azotetrazolate salts showed bands at 3264 and 2358 cm^–1 which may be attributed to gaseous species such as NH₃ and HCN or NH₂CN. The sensitivity data suggests low vulnerability of ammonium and guanidinium salts. In cyclic voltammetric studies all the salts showed similar response in reduction reactions. Triamino guanidinium azotetrazolate (TAGAZ) was incorporated into solid propellant formulations in order to establish the compatibility of this class of compounds. DSC results revealed that it does not have adverse effect on thermal stability of double base matrix. The burning rate data obtained indicated that TAGAZ acts as an efficient energetic additive in composite modified double base (CMDB) propellant formulations in high-pressure region.The authors are grateful to Dr. Haridwar Singh, Outstanding Scientist and Director, HEMRL for constant encouragement to carry out this work. Authors also thankful to Dr. R. S. Satpute, Dr. A. N. Nazare and Dr. C. N. Divekar for their assistance in propellant processing.     

氮在含氧Mo(100)面上的吸附与反应

 用HREELS, AES, LEED和TDS考察了氮在含氧Mo(100)上的吸附和热脱附. 120 K下氮在含氧Mo(100)上吸附时存在着N—N伸缩振动频率2150和1600 cm-1, 分别对应于线式(γ态)和侧位(α态)两种分子吸附态. 升温引起γ态氮的脱附和α态氮的解离. 其中γ态氮的脱附峰温位于155 K, 遵循一级脱附动力学; 由α态解离生成的N原子占据Mo(100)的四重空位(即β态), 并在高于1?150 K的温度重新化合形成氮而脱附. 120 K时,氮的吸附是无序的; 吸附了氮的表面经1100 K退火后生成了有序的c(2×2)-N表面结构.     

A New Strategy for Storage and Transportation of Sensitive High‐Energy Materials: Guest‐Dependent Energy and Sensitivity of 3D Metal–Organic‐Framework‐Based Energetic Compounds

Reaction of Co(II) with the nitrogen‐rich ligand N,N‐bis(1H‐tetrazole‐5‐yl)‐amine (H₂bta) leads to a mixed‐valence, 3D, porous, metal–organic framework (MOF)‐based, energetic material with the nitrogen content of 51.78%, [Co₉(bta)₁₀(Hbta)₂(H₂O)₁₀]_n?(22 H₂O)_n ( 1 ). Compound 1 was thermohydrated to produce a new, stable, energetic material with the nitrogen content of 59.85% and heat of denotation of 4.537 kcal cm^?3, [Co₉(bta)₁₀(Hbta)₂(H₂O)₁₀]_n ( 2 ). Sensitivity tests show that 2 is more sensitivity to external stimuli than 1 , reflecting guest‐dependent energy and sensitivity of 3D, MOF‐based, energetic materials. Less‐sensitive 1 can be regarded as a more safe form for storage and transformation to sensitive 2 .