CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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首页 > 过刊浏览>2022年第30卷第2期 >96-102. DOI:10.11943/CJEM2021282
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五唑羟胺/盐酸羟胺共晶化合物的合成、晶体结构和性能
作者:
作者单位:

1.南京理工大学化学与化工学院， 江苏 南京 210094;2.国家民用爆破器材质量监督检验中心， 江苏 南京 210094

作者简介:

袁媛（1996-），女，硕士研究生，主要从事含能材料的合成研究。e-mail：1195892878@qq.com

通讯作者:

许元刚（1991-），男，教授，主要从事多氮含能化合物合成及应用研究。e-mail：yuangangxu@163.com

基金项目:

国家自然科学基金资助（21975127，22135003，22105102）


Synthesis， Crystal Structure and Properties of an Energetic Cocrystal of Hydroxylammonium Pentazolate/Hydroxylamine Hydrochloride
Author:
Affiliation:

1.School of Chemistry and Chemical Engineering， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， China;2.China National Quality Supervision Testing Center for Industrial Explosive Materials， Nanjing 210094， China

Fund Project:

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    摘要:

    以五唑银盐（或五唑羟胺盐）和盐酸羟胺为原料，设计并合成了一种新型的基于五唑阴离子的含能共晶化合物（NH3OH+N5-）2·NH3OH+Cl-·H2O。采用单晶X-射线衍射分析（XRD）、傅里叶红外光谱（IR）和元素分析对该化合物的结构进行了表征，晶体属于单斜晶系，P21/n空间群，晶胞参数为a=3.8390（6） Å，b=14.665（2） Å，c=21.975（3） Å，V=1236.4（3） Å3，α=γ=90°，β=92.034（3）°，Z=1，Dc=1.589 g·cm-3。利用差示扫描量热仪（DSC）和热失重分析仪（TG）对（NH3OH+N5-）2·NH3OH+Cl-·H2O的热稳定性进行了研究，结果显示其初始分解温度约为95.6 ℃，热稳定性良好。通过EXPLO5计算其爆速为8260 m·s-1，爆压为23.79 GPa。该共晶化合物具有较低的撞击和摩擦感度（IS>40 J；FS>360 N），盐酸羟胺的共结晶大大降低了NH3OH+N5-的机械感度。

    Abstract:

    A cyclo-pentazolate anion-based energetic cocrystal （NH3OH+N5-）2·NH3OH+Cl-·H2O was designed and synthesized by AgN5 （or NH3OH+N5-） and hydroxylamine hydrochloride（NH3OH+Cl-） as raw materials. The structure of the compound was characterized by X-ray single crystal diffraction， infrared spectroscopy and elemental analysis. The structure belongs to the monoclinic crystal system，the P21/n space group， a=3.8390（6）Å， b=14.665（2）Å， c=21.975（3）Å， V=1236.4（3）Å3， α=γ=90°， β=92.034（3）°， Z=1， Dc=1.589 g·cm-3. In addition， the thermal stability of （NH3OH+N5-）2·NH3OH+Cl-·H2O was studied using DSC and TG， and the results showed that its initial decomposition temperature was about 95.6 ℃. Its detonation velocity and detonation pressure were calculated by EXPLO5 to be 8260 m·s-1 and 23.79 GPa. （NH3OH+N5-）2·NH3OH+Cl-·H2O has low impact and friction sensitivities （IS>40 J； FS>360 N）， as the cocrystal of hydroxylamine hydrochloride can greatly reduce the mechanical sensitivity of NH3OH+N5-.

    表 1 化合物3的晶体数据Table 1 Crystallographic data for compound 3
    表 5 化合物2和3的理化性质和能量性能Table 5 Physiochemical properties and energetic properties of compounds 2 and 3
    表 3 化合物3的部分二面角Table 3 Selected dihedral angles of compound 3
    表 2 化合物3的部分键长和键角Table 2 Selected bond lengths and angles of compound 3
    图1 五唑共晶的合成Fig.1 The syntheses of co-crystals of cyclo-N5⁻
    图2 化合物3的分子结构图Fig.2 Crystal structure of compound 3
    图3 化合物3的晶胞堆积图（氢键用蓝色虚线表示）Fig.3 Crystal stacking diagram of compound 3 （blue dashed lines indicate hydrogen bonds）
    图4 （a、b）化合物3中两种cyclo-N5⁻的Hirshfeld表面；（c、d）化合物3中两种cyclo-N5⁻的二维指纹图及原子间相互作用的比例（图中的Hirshfeld表面表示N─N相互作用）Fig.4 （a， b） Hirshfeld surfaces of the two kinds of cyclo-N5⁻ in compound 3； （c， d） The 2D fingerprints of the two kinds of cyclo-N5⁻ in compound 3 and the individual atomic contacts percentage （the Hirshfeld surfaces represent N─N interactions）
    图5 化合物3的非共价相互作用（包括氢键和π-π相互作用）分析Fig.5 Noncovalent interactions analyses， including hydrogen bonds and π-π interactions for 3 （blue： strong attraction； green： weak interaction； red： strong repulsion； SHB： strong hydrogen bond； HB： hydrogen bond）
    图6 化合物3的DSC和TG图Fig.6 DSC and TG curves of compound 3
    表 4 化合物3中氢键的键长和键角Table 4 Hydrogen bond lengths and angles of compound 3
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袁媛,侯天阳,李冬雪,等.五唑羟胺/盐酸羟胺共晶化合物的合成、晶体结构和性能[J].含能材料, 2022, 30(2):96-102. DOI:10.11943/CJEM2021282.
YUAN Yuan, HOU Tian-yang, LI Dong-xue, et al. Synthesis， Crystal Structure and Properties of an Energetic Cocrystal of Hydroxylammonium Pentazolate/Hydroxylamine Hydrochloride[J]. Chinese Journal of Energetic Materials, 2022, 30(2):96-102. DOI:10.11943/CJEM2021282.

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  • 收稿日期: 2021-10-22
  • 最后修改日期: 2021-11-06
  • 录用日期: 2021-11-11
  • 在线发布日期: 2022-03-17
  • 出版日期: 2022-02-25

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