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含能盐是一种新型的高能量密度材料(HMDMs),在炸药和推进剂方面有广泛的应用。寻找高性能和低敏感度的含能材料一直是科学家追求的目标。与中性分子类似物相比,含能离子盐具有低的蒸气压和高的热稳定性。除此之外,它们的性能可以通过选择合适的阳离子和阴离子得到很好的改善,同时还可以独立的修饰阳离子和阴离子部分。本文设计了一系列基于1,2,3-三唑-[4,5-e]-1,2,3,4-四嗪阴离子([TT]-)、1,2,3-三唑-[4,5-e]-1,2,3,4-四嗪-2-氧阴离子([TTO]-)和1,2,3-三唑-[4,5-e]-1,2,3,4-四嗪4,6二氧阴离子([TTDO]-)的含能盐,并通过理论计算了它们的结构和性质,主要工作如下: 1、通过设计一种新的富氮杂环化合物1H-1,2,3-三唑-[4,5-e]-1,2,3,4-四嗪(Ⅰ),研究它们的结构、性质以及经质子化形成的阳离子([H2TT]+)或去质子化后形成的阴离子([TT]-)的稳定性。理论计算显示,中性分子Ⅰ和其质子化后形成的阳离子([H2TT]+)不能在常温下稳定存在,而中性分子Ⅰ经去质子化形成的阴离子[TT]-在常温下可以稳定存在。因此,我们可以用[TT]-和一些常用的阳离子结合去形成一些稳定的含能离子盐,比如胍鎓离子([G]+)、1,3-二甲基-4-硝基咪唑阳离子([DMNIM]+)、3-乙炔基-1-甲基咪唑阳离子([AMIM]+)和3-乙基-1-甲基咪唑阳离子([EMIM]+)等。我们的研究显示,在形成的几种含能盐中,含能离子盐[G][TT]是最稳定,为未来实验合成含能盐提供理想的候选者。 2、由于取代基可以显著提高含能材料的性能,在本论文中研究了基于[TTO]-含能盐的稳定性。为了研究其中性分子2-羟基-1,2,3-三唑-[4,5-e]-1,2,3,4-四嗪(AⅡ)以及脱去其羟基上的氢离子形成的[TTO]-阴离子的稳定性,我们用密度泛函理论(DFT)分别计算了AⅡ和[TTO]-的分解反应并通过内禀反应坐标(IRC)确定其最佳反应路径。通过理论计算可以得出中性分子AⅡ和[TTO]-阴离子在常温下是可以稳定存在的。这表明该阴离子[TTO]-可以和一些常用的阳离子(如[G]+、[DMNIM]+、[AMIM]+和[EMIM]+)去形成相应的含能盐。我们采用B3LYP/6-311++G(d,p)方法去计算四种含能盐的稳定性,结果表明,[G][TTO]是其中稳定性最好的。因此,我们可以推测[G][TTO]有可能成为一种新的理想的含能材料,为实验合成含能盐提供理论依据。 3、在富氮杂环上增加一个或多个氧原子会导致结构的σ和π体系的分离从而有利于整个富氮杂环体系的稳定。在本论文中通过在[TT]-的环骨架上加两个氧原子变成1,2,3-三唑-[4,5-e]-1,2,3,4-四嗪4,6-二氧阴离子([TTDO]-)来增强阴离子的稳定性。在B3LYP/6-311++G(d,p)方法下[TTDO]-的分解反应路径的活化能比[TT]-的分解反应的活化能明显增大,进一步说明了[TTDO]-比[TT]-稳定。结合[TTDO]-和[G]+构成晶体,通过计算[G][TTDO]的晶胞参数发现该物质的固态摩尔生成焓和固体摩尔生成能比常用的含能材料RDX和CL-20都高,表明[G][TTDO]是一种潜在的含能材料,为实验合成含能盐提供线索。