层状堆叠非金属环五唑盐的合成表征及高能钝感性能研究

为解决高能量密度材料敏感性与稳定性难以兼顾的科学难题，南京理工大学研究团队通过复分解反应制备了具有层状堆叠结构的非金属环五唑盐（cyclo-N5?）。该系列化合物经单晶X射线衍射、红外光谱（IR）及多核磁共振（1H/13C NMR）表征，展现出低敏感性（IS≥34 J，FS≥324 N）与可观的爆轰性能，为高能钝感材料设计提供了新范式。

　　

研究背景与科学挑战
氮富化合物因其高能量密度和绿色爆轰产物的特性，成为含能材料领域的研究热点。其中，环五唑阴离子（cyclo-N₅^?）作为关键结构单元，其分解时释放大量能量且仅产生氮气，具有显著应用潜力。然而，金属配合物中非含能组分（如金属阳离子和结晶水）限制了其实际应用，而非金属盐虽能提升性能，却常以牺牲稳定性为代价。例如，羟铵环五唑盐（hydroxylammonium pentazolate）爆速达9005 m/s，但撞击敏感度（IS）仅5.5 J，凸显了高能量与低敏感性的矛盾。

研究设计与技术方法
南京理工大学的研究团队提出通过调控晶体堆叠模式解决这一矛盾。前期研究表明，层状堆叠能通过层间滑动耗散外界刺激能量，从而降低敏感度。基于此，团队设计合成5种层状堆叠非金属环五唑盐（1-5），采用单晶X射线衍射解析结构，结合红外光谱（IR）、核磁共振（NMR）和元素分析进行表征，并测试热稳定性（差示扫描量热法DSC）、敏感度（IS/FS）及爆轰参数（EXPLO5计算）。

主要研究结果

1. 晶体结构：所有盐均呈现层状堆叠，如化合物1在单斜晶系C2/c空间群中结晶，密度1.65 g/cm³，层间通过氢键和π-π作用稳定。
2. 稳定性与敏感性：分解温度94-121.4°C，撞击敏感度IS≥34 J，摩擦敏感度FS≥324 N，显著优于传统高能材料。
3. 爆轰性能：爆速D=8000-8500 m/s，压力P=25-30 GPa，平衡了能量与安全性需求。

结论与意义
该研究证实层状堆叠策略可有效打破高能材料"敏感-能量"悖论，为新型钝感含能材料开发提供理论依据。《Journal of Molecular Structure》发表的这项成果不仅拓展了环五唑化学体系，更为军工、航天等领域的高安全性推进剂设计指明了方向。