高氮含能化合物的分子设计与性能预测

发布时间：2016-11-02 10:31

  本文关键词：高氮含能化合物的分子设计与性能预测，由笔耕文化传播整理发布。

《南京理工大学》 2015年

高氮含能化合物的分子设计与性能预测

卫涛  

【摘要】：高氮含能化合物作为新一代高能量密度材料(HEDM),具有许多潜在的应用,如气体发生剂、推进剂、无烟烟火燃料和高能钝感炸药等。近年来,高氮含能化合物已成为研究热点,主要归因于它们的高密度、高正生成热、高爆轰性能和良好的热稳定性。从理论上研究它们结构与性能的关系,对高能量密度化合物(HEDC)的分子设计有重要意义。本论文运用密度泛函理论方法(DFT),对不同类型多系列高氮含能化合物的几何结构、电子结构、生成热、密度、热稳定性和爆轰性能等进行计算研究；运用高级理论方法Gn和CBS-n对57种含氮分子(包括含氮甲基取代分子、氨基取代分子和杂环分子)的生成热进行预测；根据能量和稳定性相结合的标准,筛选出潜在的HEDC候选物。其主要内容包括三部分：1.通过原子化反应法,运用Hartree-Fock (HF)、DFT、高级理论方法Gn (G2、 G2(MP2)、G3)和CBS-n (CBS-4M、CBS-Q、CBS-QB3)对57种含氮分子生成热进行了研究。除CBS-4M方法外,其它高级理论方法计算的生成热与实验值基本吻合。6种高级理论方法适合用来预测标题化合物的生成热,其中G2方法具有最高的计算精确度。CBS-Q方法比G2或G2(MP2)方法更加适合预测那些含-NO2基化合物的生成热,其结果更加接近实验值,但含-NH2、-NH-或-CN基化合物的情况却相反。6种高级理论方法似乎更加适合用来预测芳香族含氮化合物的生成热。CBS-Q或G2(MP2)方法在预测标题化合物的生成热方面表现出计算效率高以及精度高的优点,使其成为预测该类化合物生成热的最佳选择。2.运用HF、MP2、DFT和半经验方法,计算研究了系列单环1,2,4,5-四嗪衍生物的生成热、热稳定性和爆轰性能。首先,通过设计等键反应,运用不同方法计算了5种1,2,4,5-四嗪衍生物的生成热,通过与实验生成热比较来考察不同方法计算结果的可靠性。其次,在6-311G**基组水平上,运用DFT-B3P86方法预测了17种1,2,4,5-四嗪衍生物的生成热。然后,基于键离解能的计算结果,比较和判定1,2,4,5-四嗪衍生物的热稳定性。最后,结合生成热和分子体积的计算结果预测了它们的爆速和爆压。考虑键离解能和爆轰性能得出,3种1,2,4,5-四嗪衍生物可作为潜在的HEDC候选物。3.对新型高氮含能化合物(偶氮-1,2,4,5-四嗪类、稠环1,2,4,5-四嗪类(TETZ和TTZ)、偶氮-三唑类、双环四唑基三唑类(ATT)和氮桥连(1,2,4,5-四嗪、呋咱、1H-四唑)多杂环类衍生物)的生成热、热稳定性和爆轰性能进行了理论研究。首先,通过设计的等键反应预测标题化合物的生成热。然后,利用键离解能的计算结果比较和判定标题化合物的热稳定性。最后,在计算的生成热和密度基础上预测它们的爆速和爆压。综合爆轰性能和热稳定性得出,3种偶氮-1,2,4,5-四嗪、4种TTZ、3种C,C’-偶氮-三唑、5种N,N’-偶氮-三唑、7种ATT衍生物和6种氮桥连多杂环类化合物可作为潜在的HEDC候选物。总之,本论文通过理论方法系统地研究了不同类型多系列高氮含能化合物的结构和性能,总结它们的结构-性能关系,筛选出潜在的HEDC候选物。以上结果对设计合成HEDC及其性能研究具有一定的参考价值和指导意义。

【关键词】：
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ560.1
【目录】：

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