由于硼（B）元素的高热值特性,可以提高分子的爆热和做功能力,使得硼基含能材料在火工品、推进剂等领域的有较好的应用前景。美国在2014年提出的“颠覆性含能材料”概念中,除金属氢、全氮化合物等含能材料外,也将具有高张力键能释放特性的硼基含能材料列入重点发展方向,将硼基含能材料推向了研究风口,而国内对硼基含能材料的研究还处于初始阶段,对其释能特性及其构效关系的研究还未广泛展开。本论文从分子设计、性能预测及制备路径等方面展开研究,为新型硼基含能材料的发展提供新思路和新方法,主要研究工作及结论如下:1.对硼酸酯类含能化合物进行了结构设计和性能预测研究。首先分析了硼酸酯类含能化合物的结构优势,然后对合成可行性进行了分析,最终以酯交换反应为基础,以可羟基化的四唑基含能化合物为配体,设计了10种四唑基硼酸酯含能化合物,理论计算了密度、生成热、撞击感度和爆轰性能。研究表明:（1）氟原子的引入可大幅度提高分子密度,所设计的含氟硼酸酯类含能化合物的密度值均在2.0g/cm~3以上;（2）对分子密度值的贡献大小为:-OCF3＞-CF3＞-NF2＞-CF（NO2）2,虽然-OCF3基团对密度贡献大,但对爆轰性能的贡献不如-NF2基团;（3）10种硼酸酯含能化合物爆速值均在8000m/s以上。2.对环硼氧烷化合物进行了结构设计和性能预测研究。本研究目的是探索环硼氧烷类化合物在含能材料领域应用前景,同时,比较与环硼氮烷（硼嗪）类含能化合物在含能特性方面的差别。对7种环硼氧烷类含能化合物和3种环硼氧烷（硼嗪）类化合物进行了理论计算。研究表明:（1）环硼氧烷类化合物的密度大于环硼氮烷（硼嗪）类化合物的密度,但生成热小于环硼氮烷（硼嗪）类化合物,且环硼氮烷（硼嗪）类含能化合物的爆速、爆压和感度均优于环硼氧烷类含能化合物;（2）7种环硼氧烷类化合物的爆轰性能预测值并不出色,但鉴于B-O键的高键能,环硼氧烷烷类含能化合物的实际含能特性,有进一步通过实验验证的必要性。3.对硼氮杂环类含能化合物进行了结构设计及性能预测研究。以二吡唑硼烷含能化为基本思路,设计了15种双唑基二硼烷类化合物,包括6种双吡唑二硼烷类含能化合物、5种双三唑二硼烷类含能化合物和4种双吡唑基二硼氟烷类含能化合物。研究表明:（1）双唑基二硼烷类化合物均为正生成热,而双唑基二硼氟烷类化合物均为负生成热,说明B-F键的引入会降低化合物的生成热;双三唑基二硼烷类化合物生成热大于双吡唑基二硼烷类化合物的生成热;（2）硼氟类含能化合物爆热偏低,说明F原子的引入会降低生成热,但会增大密度,在爆速和爆压方面反而有较大优势。4.对离子型硼基含能化合物进行了结构设计、性能预测研究。以三唑、吡唑和四唑类含能化合物为配体,设计了10种以硼原子为中心、以B-N键连接的一至四配位结构的阴离子结构,通过与铵、肼、羟胺、胍、氨基胍等5种阳离子组合,形成55种离子型含能化合物。在合理设计阴离子等键反应的基础上,对55种离子型含能化爆轰性能进行了预测。计算表明:55种离子型含能化合物均具有较出色爆速、爆热、爆压和比冲值,最高爆速为10093m/s,最大爆热值为6935k J/kg,最大爆压值为54.98GPa,比冲值在2055-2636N·s/kg之间;与常见的含能氧化剂相比,由A4、B1、B3、C1、C2阴离子所形成的肼盐的比冲值均大于硝仿肼（HNF）的比冲值（2493.12N·s/kg）,A、B、C三种系列阴离子所对应的铵盐的比冲值均大于二硝酰胺铵（ADN）的比冲值（2003.17 N·s/kg）。5.对部分离子型硼基含能化合物进行了合成研究。以3-硝基-1,2,4-三唑为配体,通过碱金属硼氢化盐高温反应,形成以硼原子为中心、以3-硝基-1,2,4-三唑为配体的二配位含能阴离子,再分别与含铵、肼、羟胺、胍、氨基胍等阳离子的硫酸盐反应,成功合成了6种硼基含能离子盐,培养3种硼基含能离子盐的单晶,解析了晶体结构。通过与常见含能氧化剂对比,6种离子盐的热稳定性优于二硝酰胺铵（ADN）;理论比冲值均大于AP和ADN;除二（3-硝基-1,2,4三唑基）硼酸钾盐外,其余5种含能离子盐均具备较低的机械感度,可见,此类离子盐可作为高能氧化剂应用到推进剂中。