新型低溶剂比例LLM-105基含能配合物[Cu3(LLM-105)3(H2O)2(DMA)]的高效催化性能及其对高氯酸铵热分解的调控机制研究

【编辑推荐】南京工业大学团队针对固体推进剂核心组分高氯酸铵(AP)分解温度高、分阶段放热等瓶颈问题，设计合成新型LLM-105基含能配合物[Cu3(LLM-105)3(H2O)2(DMA)]（ECC-1）。该化合物通过三核铜簇结构实现327°C热稳定性，将AP分解温度降低136°C并整合放热峰，爆速达7941 m·s-1，为当前LLM-105基催化剂性能最优的报道之一。

　　

在航天推进技术领域，高氯酸铵(AP)作为固体火箭推进剂的关键氧化剂，其热分解特性直接决定发动机性能。然而AP存在两个致命缺陷：高达417°C的分解温度造成能量浪费，分阶段分解特性导致燃烧不充分。虽然过渡金属氧化物等传统催化剂可降低分解温度，但往往伴随能量密度损失。如何开发兼具高能量和高效催化性能的新型材料，成为推进剂研究的"圣杯"挑战。

南京工业大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向含能配体2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)。这种经典耐热炸药本身具有325°C热稳定性和8560 m·s^-1爆速，但此前基于该配体的配合物因溶剂分子过多导致催化性能受限。团队通过精确调控铜离子配位环境，成功制备出溶剂比例显著降低的新型三核铜配合物[Cu₃(LLM-105)₃(H₂O)₂(DMA)]（ECC-1），相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》。

研究采用溶剂热法合成晶体，通过X射线单晶衍射解析结构，结合差示扫描量热法(DSC)评估热分解性能，运用Kamlet-Jacobs方程计算爆轰参数。关键发现包括：

【结构分析】ECC-1呈现独特的[Cu₃(LLM-105)₃]三核簇结构，每个Cu(II)采取五配位模式，与两个配体氧原子、两个氮原子及水/DMA分子形成扭曲四方锥几何。这种紧凑结构使溶剂占比降至历史最低水平。

【性能表征】该化合物展现327°C的热分解温度(T_d)，37.5 N撞击感度和>360 J摩擦感度，理论爆速7941 m·s^-1，爆压33.25 GPa，能量密度显著高于传统金属氧化物催化剂。

【催化机制】DSC曲线显示，ECC-1使AP高温分解峰从417°C降至281°C，降幅达136°C，创LLM-105基催化剂新纪录。更突破性的是，其将AP原有的两个放热峰合并为单一剧烈放热峰，热释放量提升3倍以上。扩展实验证实对HMX和RDX同样具有催化作用。

这项研究突破性地解决了含能催化剂"高能"与"高效"不可兼得的矛盾：通过精准控制铜簇配位结构，既保留LLM-105的高能量特性，又实现创纪录的催化活性。其创新价值体现在三方面：(1)确立"低溶剂化"设计原则，为后续催化剂开发提供新范式；(2)三核铜簇协同作用机制为多金属中心催化剂设计指明方向；(3)实测性能超越多数报道的含能配合物，在固体推进剂领域具重大应用前景。正如研究者指出，这种"自供能"催化剂有望在保持推进剂总能量密度前提下，显著提升燃烧效率，为新一代航天动力系统开发奠定材料基础。