《Journal of Molecular Structure》：Environment-Friendly Nitrogen-Rich High-Energy Zirconium-Based Complexes for RDX Combustion and Thermal Decomposition
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双基推进剂中新型氮富能配位化合物[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O的合成及其催化性能研究表明，该化合物通过π-π堆积和多重氢键增强结构稳定性，热分解温度达231.2°C，摩擦感度降低28%，显著提升RDX分解效率（活化能降低14.52 kJ/mol）及推进剂燃烧性能（点火响应时间缩短82%，燃烧持续时间减少51.3%）。
黄涛|王晓森|吴宏|秦平|罗立雄|彭如芳|金波
中国西南科技大学材料科学与工程学院环境友好能源材料国家重点实验室，绵阳621010
摘要
为了提高基于RDX的复合改性双基（CMDB）推进剂的燃烧性能和能量释放效率，研究人员采用1H,1’H-5,5’-联四唑-1,1’-二醇二水合物（H?BTO·2H?O）作为高能配体，战略性地合成了一种新型富氮能量协调复合物[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O（Cat.），以替代传统的惰性催化剂。通过单晶X射线衍射（SC-XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）对这种复合物的精确分子结构和形态特征进行了全面表征。Hirshfeld表面分析定量表明，广泛的π–π堆叠和多模式氢键相互作用有助于其结构的稳定性。热分析显示，该复合物的热稳定性优于纯H?BTO·2H?O配体，其分解温度为231.2°C，自发热起始温度为231.1°C。安全性测试表明，Cat.的敏感性显著低于配体，其摩擦敏感性从H?BTO·2H?O的112 N增加到324 N。在RDX分解中的催化评估显示，引入Cat.后，分解峰值温度降低了15.5°C，表观活化能（Ea）降低了14.52 kJ/mol。此外，在NC/NG+RDX基质中的燃烧实验表明，点火和燃烧特性得到了显著优化：激光点火响应时间从551 ms缩短至100 ms，火焰更加剧烈，燃烧持续时间减少了684.5 ms。这些结果凸显了[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O作为先进推进剂配方中高性能能量催化剂的潜力。
章节摘录
引言
固体推进剂正朝着高能量、低敏感性、低信号特征和环境友好性的方向发展。现代武器系统面临的一个关键挑战是在宽压力范围内实现可调的燃烧速率和可控的压力指数。燃烧催化剂是调节这些参数的关键因素。因此，开发新型高效催化剂以扩大燃烧速率范围并降低压力指数仍然至关重要。
[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O的制备
安全注意事项：尽管在本研究中合成和处理这些复合物时没有发生爆炸或可见的点火现象，但这些材料是潜在的爆炸性化合物。所有合成和表征过程必须使用小规模样品进行。必须严格使用适当的防护设备，包括皮手套、安全屏蔽罩和耳部保护装置。
所有使用的溶剂和金属盐均可商业购买，无需进一步处理。
X射线晶体学和数据收集
1列出了[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O的晶体学数据和结构精修细节。[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O的单元晶胞包含4个不对称单元，每个不对称单元对应1/2个[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O分子。配体分子完全去质子化，并通过四唑环上的氧原子与Zr??配位。中心金属离子Zr??采用八面体配位环境（图2a）。它与四个氧原子配位。
结论
在本研究中，成功合成并表征了一种新型富氮高能复合物[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O。通过单晶XRD确认了[Zr(BTO)?(H?O)?]·4H?O的单晶结构。将晶体结构数据与Hirshfeld表面分析相结合发现，该复合物中存在大量的氢键和π–π堆叠相互作用，这为其良好的稳定性奠定了基础。
作者贡献
金波和彭荣飞构思并设计了实验；黄涛完成了实验并撰写了手稿；王晓森、吴宏、秦平和罗立雄进行了实验。
CRediT作者贡献声明
黄涛：撰写——原始草稿、验证、监督、软件使用、资源提供、实验调查、数据分析、数据管理、概念构思。王晓森：数据分析。吴宏：数据管理。秦平：数据分析。罗立雄：撰写——审阅与编辑。彭如芳：撰写——审阅与编辑、资金获取。金波：撰写——审阅与编辑、项目管理、实验调查、资金获取、数据分析。
致谢
作者衷心感谢国家自然科学基金（资助编号：22275151）、四川省科学技术厅（资助编号：2025ZNSFSC0036）以及西南科技大学博士基金（资助编号：22zx7135）的财政支持。
