功能化[1,2,4]三唑并三嗪分子骨架的调控策略：提升爆炸性能与安全性的计算设计研究

本研究通过计算设计系统评估了四种基于[1,2,4]三唑并三嗪骨架的含能化合物，通过引入硝基（-NO2）、二硝甲基（-CH(NO2)2）、三硝甲基（-C(NO2)3）和硝胺（-NHNO2）等爆轰基团，显著提升了生成热（HOF > 438 kJ/mol）、密度（>1.83 g/cm3）与爆轰性能（D > 8.9 km/s, P > 35 GPa），其综合性能超越传统炸药RDX，为新一代高能材料的设计提供了重要理论依据。

　　

研究亮点

为满足兼具高稳定性和优异性能的含能材料需求，本研究基于[1,2,4]三唑并三嗪分子骨架，通过硝基、二硝甲基、三硝甲基和硝胺基团的取代策略，计算设计了四种化合物。值得注意的是，所有设计化合物均表现出高正生成热（>438 kJ/mol）和优于RDX（D=8.6 km/s, P=34 GPa）的爆轰性能（D>8.9 km/s, P>35 GPa）。通过静电势、局域轨道定位符-π（LOL-π）、多中心键分析、分子平面性和相互作用区域指示剂（IRI）分析，深入解析了感度与分子结构之间的关联机制。这些含能特性凸显了硝基功能化[1,2,4]三唑并三嗪骨架在开发更安全、更高效新一代含能材料中的巨大潜力。

计算细节

所有密度泛函理论（DFT）计算均使用Gaussian 09程序完成。[1,2,4]三唑并三嗪硝基衍生物的结构在B3LYP/6-311G(d,p)水平下进行优化，未施加任何对称性限制。大量研究证明B3LYP/6-311G(d,p)方法能够准确可靠地预测分子几何结构和生成焓，其结果与实验数据和高精度计算获得的结果高度吻合。

生成热

生成热（HOF）是决定分子结构储存化学能的关键热力学参数，对爆轰性能具有显著影响。三唑并三嗪化合物的HOF计算使用B3LYP/6–311G(d,p)理论水平获得的总能量进行。计算得到了气相（HOF_Gas）和固相（HOF_Solid）生成热、总能量（E₀）、零点能（ZPE）和热校正（H_T）等参数的具体数值。

结论

本研究通过合理分子设计，在可合成获得的[1,2,4]三唑并三嗪骨架上引入了-NO₂、-CH(NO₂)₂、-C(NO₂)₃和-NHNO₂等含能基团，旨在平衡高爆轰性能与稳定性参数。性能预测证实了这些设计化合物的高能特性，其具有正生成热（>438 kJ/mol）、高密度（>1.83 g/cm³）和优异的爆轰性能（D>8.9 km/s, P>35 GPa），综合性能超越RDX。