化学学报 ›› 2026, Vol. 84 ›› Issue (6): 828-839.DOI: 10.6023/A26040105 上一篇 下一篇
研究论文
马玲玲a,b, 凌琳b, 李玉学b,*(
), 吕龙b,*(
)
投稿日期:2026-04-04
发布日期:2026-04-27
基金资助:
Lingling Maa,b, Lin Lingb, Yuxue Lib,*(
), Long Lub,*(
)
Received:2026-04-04
Published:2026-04-27
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打破含能材料的发展瓶颈, 是近年来亟待攻克的难题. 本文尝试从设计新型含能基团的角度来探索新含能分子. 通过将传统含能基团进行组合, 使用密度泛函理论(DFT)方法计算了分子结构、初始热分解机理, 使用KJ方程和EXPLO5计算了爆轰性能, 筛选出39个含能基团, 初始分解能垒≥30 kcal•mol-1. 其中5个已有实验合成的结构在热稳定性方面, 计算结果和实验十分吻合. 尝试用烷烃和多胺骨架进行分子设计, 所得分子密度>2.0 g•cm-3, 爆速>8000 m•s-1, 爆压>33 GPa. 分子内张力/位阻、以及N原子孤对电子的超共轭效应, 对最终含能分子的动力学稳定性具有重要影响.
马玲玲, 凌琳, 李玉学, 吕龙. 复合型含能基团结构和性能的理论研究[J]. 化学学报, 2026, 84(6): 828-839.
Lingling Ma, Lin Ling, Yuxue Li, Long Lu. Theoretical Study on the Structure and Properties of Composite Energetic Groups[J]. Acta Chimica Sinica, 2026, 84(6): 828-839.
| Compd. | Barrier | ∆fHSolid | ρ | Q/(cal•g-1) | D/(km•s-1) | P/GPa | Compd. | Barrier | ∆fHSolid | ρ | Q/(cal•g-1) | D/(km•s-1) | P/GPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1H | 39.2 | -156.2 | 1.94 | 1516 | 9.053 | 36.8 | 5I | 40.2 | -619.9 | 2.30 | 1617 | 10.098 | 50.6 |
| 2A | 33.7 | 107.1 | 1.64 | 1644 | 8.881 | 33.0 | 5'D | 33.9 | 524.6 | 1.65 | 1571 | 8.412 | 28.6 |
| 2B | 40.4 | 52.4 | 1.70 | 1670 | 9.165 | 34.8 | 5'F | 32.8 | -509.3 | 2.09 | 1486 | 9.692 | 44.2 |
| 2E | 35.9 | 136.5 | 1.88 | 1472 | 9.134 | 38.0 | 5'H | 36.5 | -641.6 | 2.35 | 1556 | 9.776 | 47.9 |
| 2F | 51.1 | -108.6 | 1.80 | 1410 | 8.800 | 33.2 | 5'I | 39.2 | -646.8 | 2.34 | 1649 | 10.136 | 51.5 |
| 2G | 37.4 | 76.8 | 1.89 | 1703 | 9.606 | 41.0 | 6D | 30.7 | 111.7 | 1.74 | 1243 | 8.578 | 31.9 |
| 2H | 47.9 | -200.3 | 1.98 | 1473 | 9.512 | 41.4 | 6E | 32.2 | -90.0 | 2.00 | 1292 | 9.134 | 39.4 |
| 2J | 39.1 | 4.0 | 2.07 | 1719 | 10.107 | 47.9 | 6F | 34.7 | -316.4 | 1.94 | 1363 | 9.073 | 37.0 |
| 3F | 32.7 | -208.5 | 1.90 | 1321 | 8.982 | 35.8 | 6G | 30.0 | -127.6 | 2.02 | 1496 | 9.638 | 43.0 |
| 3G | 30.7 | -22.0 | 1.97 | 1483 | 9.566 | 41.7 | 6H | 33.7 | -388.4 | 2.09 | 1504 | 9.845 | 45.7 |
| 3H | 33.2 | -267.2 | 2.06 | 1509 | 9.900 | 45.9 | 6I | 37.6 | -370.8 | 2.12 | 1604 | 9.895 | 46.5 |
| 4B | 37.7 | -49.5 | 1.91 | 1142 | 6.618 | 19.0 | 6J | 30.7 | -177.0 | 2.15 | 1737 | 10.268 | 50.6 |
| 4E | 34.5 | -26.1 | 1.95 | 1479 | 9.475 | 40.6 | 7A | 38.8 | -210.1 | 1.96 | 1495 | 9.762 | 43.3 |
| 4F | 39.4 | -264.7 | 1.95 | 1573 | 9.663 | 42.2 | 7D | 32.2 | 151.0 | 1.88 | 1663 | 9.172 | 37.1 |
| 4G | 32.1 | -79.6 | 2.02 | 1677 | 9.964 | 45.9 | 7F | 35.9 | -380.6 | 2.09 | 1511 | 9.852 | 45.7 |
| 4H | 43.6 | -335.0 | 2.12 | 1567 | 9.614 | 43.9 | 7G | 31.8 | -183.1 | 2.17 | 1732 | 10.325 | 51.4 |
| 4J | 37.7 | -134.6 | 2.19 | 1775 | 10.133 | 49.7 | 7H | 39.6 | -444.7 | 2.01 | 1592 | 8.956 | 36.8 |
| 5D | 35.7 | 543.0 | 1.63 | 1464 | 8.174 | 27.9 | 7I | 40.1 | -435.1 | 2.20 | 1612 | 9.932 | 47.9 |
| 5F | 31.6 | -491.2 | 2.03 | 1312 | 9.248 | 39.5 | 7J | 33.5 | -249.0 | 2.27 | 1758 | 10.075 | 50.1 |
| 5H | 32.0 | -626.1 | 2.28 | 1424 | 9.956 | 49.0 | CL-20 | 35.8 | 466.5 | 2.07 | 1618 | 9.796 | 46.1 |
| Compd. | Barrier | ∆fHSolid | ρ | Q/(cal•g-1) | D/(km•s-1) | P/GPa | Compd. | Barrier | ∆fHSolid | ρ | Q/(cal•g-1) | D/(km•s-1) | P/GPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1H | 39.2 | -156.2 | 1.94 | 1516 | 9.053 | 36.8 | 5I | 40.2 | -619.9 | 2.30 | 1617 | 10.098 | 50.6 |
| 2A | 33.7 | 107.1 | 1.64 | 1644 | 8.881 | 33.0 | 5'D | 33.9 | 524.6 | 1.65 | 1571 | 8.412 | 28.6 |
| 2B | 40.4 | 52.4 | 1.70 | 1670 | 9.165 | 34.8 | 5'F | 32.8 | -509.3 | 2.09 | 1486 | 9.692 | 44.2 |
| 2E | 35.9 | 136.5 | 1.88 | 1472 | 9.134 | 38.0 | 5'H | 36.5 | -641.6 | 2.35 | 1556 | 9.776 | 47.9 |
| 2F | 51.1 | -108.6 | 1.80 | 1410 | 8.800 | 33.2 | 5'I | 39.2 | -646.8 | 2.34 | 1649 | 10.136 | 51.5 |
| 2G | 37.4 | 76.8 | 1.89 | 1703 | 9.606 | 41.0 | 6D | 30.7 | 111.7 | 1.74 | 1243 | 8.578 | 31.9 |
| 2H | 47.9 | -200.3 | 1.98 | 1473 | 9.512 | 41.4 | 6E | 32.2 | -90.0 | 2.00 | 1292 | 9.134 | 39.4 |
| 2J | 39.1 | 4.0 | 2.07 | 1719 | 10.107 | 47.9 | 6F | 34.7 | -316.4 | 1.94 | 1363 | 9.073 | 37.0 |
| 3F | 32.7 | -208.5 | 1.90 | 1321 | 8.982 | 35.8 | 6G | 30.0 | -127.6 | 2.02 | 1496 | 9.638 | 43.0 |
| 3G | 30.7 | -22.0 | 1.97 | 1483 | 9.566 | 41.7 | 6H | 33.7 | -388.4 | 2.09 | 1504 | 9.845 | 45.7 |
| 3H | 33.2 | -267.2 | 2.06 | 1509 | 9.900 | 45.9 | 6I | 37.6 | -370.8 | 2.12 | 1604 | 9.895 | 46.5 |
| 4B | 37.7 | -49.5 | 1.91 | 1142 | 6.618 | 19.0 | 6J | 30.7 | -177.0 | 2.15 | 1737 | 10.268 | 50.6 |
| 4E | 34.5 | -26.1 | 1.95 | 1479 | 9.475 | 40.6 | 7A | 38.8 | -210.1 | 1.96 | 1495 | 9.762 | 43.3 |
| 4F | 39.4 | -264.7 | 1.95 | 1573 | 9.663 | 42.2 | 7D | 32.2 | 151.0 | 1.88 | 1663 | 9.172 | 37.1 |
| 4G | 32.1 | -79.6 | 2.02 | 1677 | 9.964 | 45.9 | 7F | 35.9 | -380.6 | 2.09 | 1511 | 9.852 | 45.7 |
| 4H | 43.6 | -335.0 | 2.12 | 1567 | 9.614 | 43.9 | 7G | 31.8 | -183.1 | 2.17 | 1732 | 10.325 | 51.4 |
| 4J | 37.7 | -134.6 | 2.19 | 1775 | 10.133 | 49.7 | 7H | 39.6 | -444.7 | 2.01 | 1592 | 8.956 | 36.8 |
| 5D | 35.7 | 543.0 | 1.63 | 1464 | 8.174 | 27.9 | 7I | 40.1 | -435.1 | 2.20 | 1612 | 9.932 | 47.9 |
| 5F | 31.6 | -491.2 | 2.03 | 1312 | 9.248 | 39.5 | 7J | 33.5 | -249.0 | 2.27 | 1758 | 10.075 | 50.1 |
| 5H | 32.0 | -626.1 | 2.28 | 1424 | 9.956 | 49.0 | CL-20 | 35.8 | 466.5 | 2.07 | 1618 | 9.796 | 46.1 |
| Group | Compd. | Stability | Ref. | Barrier/ (kcal•mol-1) |
|---|---|---|---|---|
| 1E | 1E-1 | 室温下几天内分解 | [ | 20.3 |
| 1H | 1H-3 | “沸点81 ℃”, “remarkable thermal stability” | [ | 39.2 |
| 1J | 1J-1 | 核磁\色谱观察到很少量样品 | [ | 21.6 |
| 2A | 2A-4 | DSC, Tp=164 ℃ | [ | 33.7 |
| 2E | BTNAF | DSC, Tp=183.6 ℃ | [ | 35.9 |
| 2F | FDNAF | DSC, Tp=233.4 ℃ | [ | 51.1 |
| 3A | 3A-1 | 在熔点分解(71~72 ℃) | [ | 26.7 |
| 7A | 7A-F | 室温数月没有观察到分解 | [ | 38.8 |
| Group | Compd. | Stability | Ref. | Barrier/ (kcal•mol-1) |
|---|---|---|---|---|
| 1E | 1E-1 | 室温下几天内分解 | [ | 20.3 |
| 1H | 1H-3 | “沸点81 ℃”, “remarkable thermal stability” | [ | 39.2 |
| 1J | 1J-1 | 核磁\色谱观察到很少量样品 | [ | 21.6 |
| 2A | 2A-4 | DSC, Tp=164 ℃ | [ | 33.7 |
| 2E | BTNAF | DSC, Tp=183.6 ℃ | [ | 35.9 |
| 2F | FDNAF | DSC, Tp=233.4 ℃ | [ | 51.1 |
| 3A | 3A-1 | 在熔点分解(71~72 ℃) | [ | 26.7 |
| 7A | 7A-F | 室温数月没有观察到分解 | [ | 38.8 |
| Compd. | K-J Function | EXPLO5 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| D | P | D | P | Isp | ||
| 7A | 9762 | 43.3 | 8427 | 38.8 | 280.2 | |
| 7A-PETN | 10225 | 50.4 | 8679 | 44.1 | 270.3 | |
| 7A-TMETN | 9944 | 46.3 | 8746 | 43.9 | 275.4 | |
| 7A-RDX | 10145 | 49.2 | 8867 | 45.0 | 268.9 | |
| 7A-HMX | 10364 | 52.2 | 9007 | 47.1 | 268.9 | |
| 7A-TNIW | 10297 | 50.8 | 9443 | 48.6 | 278.5 | |
| Cl-20 | 9796 | 46.1 | 9773 | 44.8 | 272.1 | |
| Compd. | K-J Function | EXPLO5 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| D | P | D | P | Isp | ||
| 7A | 9762 | 43.3 | 8427 | 38.8 | 280.2 | |
| 7A-PETN | 10225 | 50.4 | 8679 | 44.1 | 270.3 | |
| 7A-TMETN | 9944 | 46.3 | 8746 | 43.9 | 275.4 | |
| 7A-RDX | 10145 | 49.2 | 8867 | 45.0 | 268.9 | |
| 7A-HMX | 10364 | 52.2 | 9007 | 47.1 | 268.9 | |
| 7A-TNIW | 10297 | 50.8 | 9443 | 48.6 | 278.5 | |
| Cl-20 | 9796 | 46.1 | 9773 | 44.8 | 272.1 | |
| Compd. | ∆fHSolid | ρ | a/Å | b/Å | c/Å | Barrrier |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7A | -210.1 | 1.96 | 1.480 | 1.541 | — | 38.8 |
| 7A-PETN | -513.0 | 2.17 | 1.491 | 1.536 | 1.539 | 33.3 |
| 7A-TMETN | -497.9 | 2.07 | 1.489 | 1.543 | 1.529 | 38.2 |
| 7A-RDX | -199.1 | 2.14 | 1.523 | 1.563 | 1.382 | 27.8 |
| 7A-HMX | -261.2 | 2.20 | 1.515 | 1.576 | 1.404 | 28.7 |
| 7A-TNIW | 288.1 | 2.14 | 1.507 | 1.585 | 1.403 | 29.9 |
| Compd. | ∆fHSolid | ρ | a/Å | b/Å | c/Å | Barrrier |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7A | -210.1 | 1.96 | 1.480 | 1.541 | — | 38.8 |
| 7A-PETN | -513.0 | 2.17 | 1.491 | 1.536 | 1.539 | 33.3 |
| 7A-TMETN | -497.9 | 2.07 | 1.489 | 1.543 | 1.529 | 38.2 |
| 7A-RDX | -199.1 | 2.14 | 1.523 | 1.563 | 1.382 | 27.8 |
| 7A-HMX | -261.2 | 2.20 | 1.515 | 1.576 | 1.404 | 28.7 |
| 7A-TNIW | 288.1 | 2.14 | 1.507 | 1.585 | 1.403 | 29.9 |
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