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首页  »  材料十  »  重磅!南京理工陆明教授团队继Science之后又发Nature

摘要: 来自材料+的分享。

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【材料+】说:

最近我们的科学家真是屡传捷报!在这七夕之夜传来这个消息,应没应小编昨天给大家说的?原来, 一个人的七夕会死:一+ 夕+ 七=死!想要今天不吃狗粮,七夕应该这样过!

本文授权转载自微信公众号研之成理(rationalscience),原作者:ZSH

部分内容来源于南京理工大学微信公众平台

还记得2016年除夕之夜么?来自南京理工大学的胡炳成教授/陆明教授团队在全氮阴离子(N5ˉ)研究领域取得了巨大突破,占领新一代超高能含能材料研究的国际制高点。相关成果发表在Science上(Science, 2017, 355,374-376),论文题目为:Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N5ˉ in (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl.这是南京理工大学第一篇Science,也是我国在《Science》上发表的含能材料领域第一篇研究论文。

有意思的是,七夕之夜(Nature官网发布时间为2017-8-28),陆明教授/王鹏程博士团队在该领域再次取得突破,继Science之后又发Nature(DOI:10.1038/nature23662),论文标题为:A series of energetic metal pentazolate hydrates。这或许是最美妙的七夕礼物吧。下面让我们对论文进行简单地介绍。


该论文为我国含能材料研究领域首次在《Nature》发表基础科学论文,标志了我国含能材料基础研究的一些研究方向处于国际前沿;也是南京理工大学作为唯一完成单位首次在Nature主刊发表论文,是其在含能材料领域取得的重大科研成果。


——背景介绍——

富含单键或者双键的多氮化合物在分解成氮气时,可以释放大量的能量,因而在炸药,火箭推进器等国防重要领域有着不错的应用前景。而限制其应用的主要因素在于稳定化合物的合成。多氮材料中氮以高压聚合态形式存在,通常情况下只有当其他元素能够提供稳定作用时才能比较稳定地存在。该领域早期的主要成果是1956年芳基五唑的合成(Angew. Chem. 68705706 (1956))。之后,制备稳定存在的N5ˉ离子及其盐类的研究工作一直没有取得实质性进展,直到今年胡炳成教授/陆明教授团队制备得到了室温下稳定的含有N5ˉ离子的盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(Science, 2017, 355,374-376)。随后,胡炳成教授团队又开发了稳定的全氮阴离子(N5ˉ)金属盐Co(N5)2(H2O)4?4H2O (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4512)。


——本文亮点——

该研究制备了全氮五唑阴离子的钠、锰、铁、钴和镁盐水合物,通过它们的单晶结构,首次系统地揭示了全氮五唑阴离子与金属阳离子的相互配位作用、与水的氢键作用,以及热稳定性规律,为研究全氮五唑阴离子与全氮阳离子组装,形成离子型全氮化合物材料,奠定了有力的科学基础支撑。论文对于推动氮化学和超高能含能材料的发展,提升改善制约我国武器装备整体性能的火炸药能量水平,具有非常重要的科学意义。


本文系统介绍了五种N5-金属盐的制备与表征[Na(H2O)(N5)]·2H2O, [M(H2O)4(N5)2]·4H2O (M?=?Mn, Fe and Co) and [Mg(H2O)6(N5)2]·4H2O,研究发现,N5-离子可以通过离子或共价相互作用与金属阳离子配位,与水的氢键相互作用来稳定。该系列含能的金属-N5-配合物,除了五唑钴配合物外,其它4个五唑金属配合物具有分解温度高于100℃的良好热稳定性。鉴于其稳定性和能量特性,五唑金属配合物可以作为一类潜在的、新的高能量密度材料,或能用来开发仅由氮元素组成的超高能全氮材料。N5-离子在其键合相互作用方面的适应性,将为探索其它多种N5-配合物,例如新型金属茂的氮基类似物,非金属元素稳定的N5-配合物,以及高氮含能材料,提供科学依据和理论支撑。

——图文快解——

图1. 全氮阴离子金属盐的合成策略与单晶衍射分析

图2. 全氮阴离子金属盐的谱学分析结果

图3. 全氮阴离子金属盐的热分析结果

图4. [Na(H2O)(N5)]·2H2O的分解过程分析

近几年来,陆明教授课题组长期从事全氮化合物、多氮化合物和耐热钝感高能化合物合成,以及药物中间体合成工艺和有机绿色化学研究;该课题组主持承担了含能材料相关领域的国家自然科学基金5项,以及多项预研项目的研究工作。陆明教授在Science、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Communications、Green Chemistry等国际重要学术期刊发表论文200余篇,其中180余篇被SCI和EI收录;出版炸药分子与配方设计、工业炸药配方设计、表面活性剂及其应用技术等中英文著作8部。

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