胡炳成教授团队最新Science:全氮阴离子研究领域的历史性突破

前言：

    值此新春佳节的美好时刻，跟大家分享一下来自南京理工大学胡炳成教授团队的好消息。他们在全氮阴离子（N5ˉ）研究领域取得了巨大突破，占领新一代超高能含能材料研究的国际制高点，成果于大年三十这一天发布在Science上(Science, 2017, 355,374-376)，论文题目为：Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N5ˉ in (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl.这是南京理工大学第一篇Science，也是我国在《Science》上发表的含能材料领域第一篇研究论文。

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    新型超高能含能材料是当今世界各军事强国争相发展的重点，也是未来国家核心军事能力和军事技术制高点的重要标志。全氮类物质因具有高密度、高生成焓、超高能量（是TNT的3倍以上）及爆轰产物清洁无污染（产物为N2）等优点而成为新一代超高能含能材料的典型代表（所谓的N2炸弹），受到世界各国的重视。

    全氮类超高能含能材料的核心是N5ˉ离子的合成。然而，由于制备N5ˉ离子的前驱体芳基五唑稳定性较差，且芳基五唑分子中N-N键的键能远小于C-N键的键能，使得芳基五唑分子的N-N键远比C-N键更易于断裂，直接打断芳基五唑分子中的C-N键会导致五唑环的破裂而无法获得N5ˉ离子。此外N5ˉ离子自身很不稳定（只能在低温下稳定存在），采用常规方法切断芳基五唑分子中的C-N键来获取N5ˉ离子是非常困难的。因此，自1956年芳基五唑被首次合成以来，制备稳定存在的N5ˉ离子及其盐类的研究工作一直没有取得实质性进展。

    近年来，胡炳成教授团队围绕五唑衍生物的合成开展了较为深入的研究，经过多年的刻苦专研，终于解决了这一困扰国际含能材料研究领域达半个多世纪的世界性难题，在N5ˉ离子的合成中取得了重大的突破性进展，创造性地采用间氯过氧苯甲酸（m-CPBA）和甘氨酸亚铁[Fe(Gly)2]分别作为切断试剂和助剂与底物3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑作用，通过氧化断裂的方式选择性地切断芳基五唑分子中的C-N键（图1），首次制备得到室温下稳定的含有N5ˉ离子的盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl（PHAC，图2）。

图1 芳基五唑C-N键的选择性切断反应示意图

图2 N5ˉ离子盐PHAC的晶体结构图

      热分析结果（图3）显示PHAC分解温度高达116.8 ℃，具有非常好的热稳定性。PHAC之所以具有比N5ˉ离子更高的热稳定性，主要是由于其阴阳离子之间的强氢键作用（图2B）.NH4+和Cl-等对PHAC的稳定性都具有重要贡献。

    N5ˉ离子盐PHAC的成功制备，是全氮类物质研究领域的一个历史性突破，为N5ˉ离子高能化合物的制备奠定了坚实的基础，对于全氮类物质的合成和应用以及全氮含能材料的发展具有重要的科学意义。这也是胡炳成教授团队夜以继日，孜孜不倦努力的结果，为他们刻苦钻研的科学精神点赞。

图3 热分析

再次祝贺胡炳成教授团队取得的重大突破，这是新年最美好的礼物！感兴趣的朋友可以点击阅读原文获得原文献。

声明：本文内容主要根据南京理工大学官微发布的信息以及Science原文编辑而成，文稿编辑：ZSH

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