含能金属有机骨架研究进展

含能金属有机骨架(E-MOFs)兼具高能量和低感度的特征,近几年受到各国相关科研工作者的广泛关注。设计合成结构新颖、能量特征优异和安全性能良好的新型E-MOFs已成为含能材料领域的研究热点。用于构筑E-MOFs材料的配体分子可概括为:含能小分子配体、富氮杂环类配体和高能多致爆基配体三大类。按上述分类方法,从E-MOFs材料的结构构筑方式、能量水平、安全性等方面出发,对近年来E-MOFs材料的最新研究进展进行了综述。系统梳理E-MOFs材料的最新成果发现,富氮类多齿含能配体的设计和选择及其与中心金属离子的有序自组装是构筑具有新颖结构E-MOFs材料的关键,不同的自组装方式决定了E-MOFs材料的空间拓扑结构,极大地影响着其物理化学性能。作为一类新兴的含能材料,E-MOFs材料的高能低感特性使其在固体推进剂配方、近激光起爆等领域展现出一定的研究价值和发展潜力。

一种双配体耐热含能金属有机骨架材料的合成及性能

为了研究具有双配体的含能金属有机骨架(E-MOFs)的性能,以3-氨基-1,2,4-三唑、3,5-二氨基-1,2,4-三唑以及甲酸锌为原料,采用水热法制备了含有双配体的E-MOFs晶体MOF(Zn)-1;仅以3-氨基-1,2,4-三唑为配体的MOF(Zn)-2以及以3,5-二氨基-1,2,4-三唑为配体的MOF(Zn)-3并对其生长机理进行了研究。X-射线单晶衍射表明,MOF(Zn)-2和MOF(Zn)-3均属于正交晶系而MOF(Zn)-1晶体属于三斜晶系。差示扫描量热法(DSC)联合热重分析(TG)研究了MOF(Zn)-1、MOF(2n)-2和MOF(2n)-3的热行为,发现其均只有一个剧烈的放热过程。在5℃·min^-1的升温速率下,MOF(Zn)-1、MOF(Zn)-2和MOF(Zn)-3的分解温度分别为317.5,301.5℃和308.2℃。感度测试表明,上述三种材料均属于钝感含能材料(撞击感度大于40 J,摩擦感度大于360 N,静电感度大于24.75 J),具有相对较高的密度(MOF(Zn)-1:2.069 g·cm^-3;MOF(Zn)-2:2.1 77 g·cm^-3;MOF(Zn)-3:2.222 g·cm^-3),爆轰性能较好(MOF(Zn)-1爆速5.9 km·s^-1,爆压17.88 GPa;MOF(Zn)-2:爆速6.0 km·s^-1,爆压19.38 GPa;MOF(Zn)-3:爆速6.5 km·s^-1,爆压22.1 7 GPa)。

含能金属有机骨架材料的研究进展

含能金属有机骨架材料是由富氮杂环含能配体与金属离子通过自组装形成的具有不同维度和结构的新型含能材料。目前含能材料面临能量与稳定性及感度相矛盾的技术瓶颈,含能金属有机骨架材料由于其结构的可设计性成为近十年来领域内研究热点。按骨架材料本身的电性分类,分别介绍了不同电性的含能金属有机骨架材料的研究进展,并从特征离子的角度分析了含能金属有机骨架材料分子内的构效关系对其合成、性能的影响。同时,介绍了含能金属有机骨架材料在高爆热材料、起爆药、推进剂的氧化剂等方面的应用研究,对未来其在含能领域和非含能领域新的应用前景进行了探讨。

含能配位化合物的研究进展及其应用

含能配位化合物(Energy Coordination Compound,ECC)具有不同金属元素与配体之间配位方式多样化的特点,预期可获得性能可调控的含能材料,因此成为近十几年来的研究热点之一。本文综述了不同配体组装ECC的方式和类型,ECC及其功能材料在作为起爆药、推进剂催化剂、铝热剂的可燃剂和氧化剂、烟火着色剂方面的应用。结果表明,不同的金属离子与富氮配体配位后形成的含能配合物在作为新型含能材料领域确实表现出巨大潜力,而且改变配体类型和个数能满足能量、感度等性能方面的要求。本文总结ECC合成规律并对未来如何在提升能量特性以及扩大应用方面进行了展望。