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北理工团队在新型高能材料设计与合成研究方面取得重要研究成果


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近日,乐鱼在线登录庞思平教授课题组在新型高能材料设计与合成研究方面取得重要研究成果。该研究成果以《Full-nitro-nitroamino cooperative action: Climbing the energy peak of benzenes with enhanced chemical stability》为题发表在国际顶级期刊《Science Advances》(IF="14.136)。论文第一作者为乐鱼在线登录材料学院博士后孙琦,通讯作者为乐鱼在线登录材料学院李生华教授和庞思平教授。

多硝基苯系列是一类典型含能材料,具有高的能量,但稳定性差。特别是六硝基苯(HNB)具有超高的能量(爆热6993 kJ.kg-1),但在潮湿空气中易爆炸分解,无法实际应用。如何进一步提升其能量并改善其稳定性是含能材料领域一个重要的挑战。

为了解决这一挑战,庞思平课题组创新性提出全硝基硝氨基协同策略,设计并合成出全硝基硝氨基取代的1,3,5-三硝基-2,4,6-三硝氨基苯化合物(TNTNB,图1),突破了CHON系含能材料能量难以提高的瓶颈。其爆热高达7179 kJ.kg-1,远高于HNB和CL-20为代表的第三代含能材料(HNB的爆热为6993 kJ.kg-1,CL-20的爆热为6534 kJ.kg-1),是目前能量最高的有机炸药(图2)。与HNB相比,TNTNB在水、酸、碱等溶液中都能够长期稳定存在,具有更高的稳定性。并且,发展乙酰化活化-硝化方法,在国际上首次实现对超惰性含能化合物三氨基三硝基苯(TATB)的硝化,成功攻克这个已困扰含能材料化学领域多年的技术难题。该研究成果为解决含能材料高能和安全之间的本质矛盾,设计发展新一代高能材料提供了新的思路和路径。

图1 三硝基三硝氨基苯TNTNB的单晶结构图

图2 TNTNB与典型含能材料爆热对比

该项研究得到国家自然科学基金(No:21875021, 22075024)与博士后基金(No: 2020M680391)的支持。同时得到乐鱼在线登录化学与化工学院张绍文教授和中国工程物理研究院材料化工研究所张祺研究员的技术支持。

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn3176


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