[发明专利]一种高氧平衡含能金属配合物的制备方法

说明书

本发明公开了一种高氧平衡含能金属配合物的制备方法，其步骤为：室温下将高氮化合物均匀分散于溶剂中；将分散体系温度升高到90°C；逐滴往分散体系中添加硝酸，并激烈搅拌，直到混合物变成澄清溶液；保持溶液温度不变，一段时间后自组装生成沉淀，将温度缓慢降到室温，生成大量白色晶体；过滤收集白色固体，用水洗涤，在空气中干燥，得到对应高氮富氧金属配合物。本发明中采用氧平衡提高技术，可将含能配体的氧平衡由‑114.2~‑7.0%提高到‑20.7~1.5%，部分化合物氧平衡为正值，且合成产物密度高，稳定性好，可作为起爆药和高能助燃剂使用，该类合成方法简单，条件温和，且以去离子水为反应溶剂，环境友好。

技术领域

本发明涉及含能材料的合成方法，尤其涉及一种高氧平衡含能金属配合物的合成方法，属于含能材料合成技术领域。

背景技术

含能材料的氧平衡是决定含能材料中各组分含量的重要依据，与炸药的爆热、比容和有毒气体排放量密切相关。当氧平衡为零时，炸药中的氧元素恰好可以完全氧化其中的可燃元素，此时炸药爆炸后释放的热量最多、爆破或作功效果最佳，同时产生的有害气体也最少；目前常见的炸药基本都为负氧平衡，炸药中的氧不能完全氧化可燃元素，爆炸产物中含有大量剧毒气体CO；同时，在身管武器射击时，负氧平衡的发射药不完全燃烧是引起枪（炮）口烟、焰有害现象的主要原因之一。现如今，正氧平衡的炸药极为少见，其中的氧在完全参与爆轰过程后还有剩余，可以作为含能氧化剂使用；因此，为了提高含能材料的能量利用率、降低反应时产生有害产物的浓度、减少作功过程中的有害现象，零氧或者正氧平衡炸药一直是含能材料工作者研究的方向之一。

现如今，已经有很多零氧平衡混合炸药配方被研制出来，廖宁等以含能聚合物（EP）为基底，采用共沉淀法制备了HMX／AP／EP纳米复合材料，当复合材料氧平衡为零时，其分解热达2570 J/g，较正氧平衡及负氧平衡复合材料大幅增加。吴琼等根据密度泛函理论制备了一系列零氧平衡四唑类和四唑基衍生物高能化合物，其中大部分化合物生成焓达800 kJ/mol，与HMX和RDX相比，具有更加优异的爆轰特性。负氧平衡的单质含能材料较为普遍，一般将其与氧化剂进行复合来调节氧平衡。

单质炸药的氧平衡一般是通过引入富氧基团，如硝基、硝氨基、偕二硝基、硝仿基、氮氧键等。但是这类基团的引入往往较为困难，且通常很难达到零氧平衡或者正平衡。

近年来，高氮含能化合物具有很高的正生成焓,且分子结构中的高氮低碳氢含量不仅使其具有较高的密度,而且更容易达到氧平衡,可作为新型含能材料使用。四（氮）唑是高氮化合物的代表，四（氮）唑类新型高氮含能材料日益引起含能材料工作者的重视。目前，已经有5-甲基四唑（5-MT）、5-氨基四唑（5-AT）、5-肼基四唑（5-HT）、5-硝基四唑（5-NT）、5-偕二硝基四唑等诸多四（氮）唑高氮化合物被成功出来作为含能材料或含能材料前体使用。这些四唑衍生物中，5-硝基四唑具有最高的氧平衡，其二氧化碳氧平衡OB_CO2值为-6.96%，仍旧为负值。

此外，已有许多以四唑为基础的含能金属配合物（ECPS）也有不少报道，可作为起爆药使用，但依旧没有一种起爆药为正氧平衡。OB_CO2值为零或正的ECP可以将所有的碳转化为二氧化碳，将氢转化为水，并将金属转化为金属氧化物。同单质炸药一样，与OB_CO2值为负的ECP相比，OB_CO2值为正的ECP产生的一氧化碳等有毒气体较少。此外，正OB_CO2值的一次炸药分解过程中产生的氧气对二次炸药的爆炸也有积极的影响。然而，如何设计和制备具有正obco2的起爆药是一个很大的挑战。

发明内容

针对现有通过引入富氧基团提高含能材料氧平衡存在的瓶颈问题，本发明的目的在于提供一种高氧平衡含能金属配合物的合成方法，该类化合物均具有较高的热稳定性、密度和氧平衡，部分金属配合物氧平衡为正值。所述的合成方法工艺安全合理、反应时间短、收率高、生产成本低、基本无三废。