论文总字数：44760字

摘 要

四唑类含能化合物及其衍生物因拥有高生成焓、低感度、良好热稳定性，且燃烧爆炸产物多为无污染的N₂等优良特点，成为理想绿色高能量密度材料，在各领域表现出巨大应用潜力。

本文以新型富氮四唑类含能化合物对吡啶四唑（H4-PTZ）为研究对象，根据初步合成得到的化合物，采用DSC对H4-PTZ的热分解行为和反应动力学进行研究，且计算得到其热安全参数及热力学函数。并基于热裂解测试（PY）与GC-MS联用检测得到的H4-PTZ主要热分解产物N₂，利用密度泛函理论B3LYP/6-311 G(d, p)方法对H4-PTZ进行构型优化，分析其热分解反应机理。结果表明释放N₂的途径所需活化能最低，为主要热分解反应途径，与实验结果吻合。以此综合评价H4-PTZ的热稳定性和热安全性，为其在材料领域的应用提供理论指导。

关键词：四唑类含能化合物及其衍生物 对吡啶四唑 热分解行为 密度泛函理论 热安全性

Experimental study on thermal decomposition mechanism of tetrazolium energetic materials

Abstract

Tetrazolium energetic compounds and their derivatives have excellent characteristics such as high formation enthalpy, low sensitivity, good thermal stability, and most of the combustion explosion products are non-polluting N₂, which has become an ideal green high energy density material and has great application potential in various fields.

In this paper, a novel nitrogen-rich tetrazolium-containing energetic compound 5-(4-Pyridyl)tetrazolate (H4-PTZ) was used as the research object. According to the preliminary synthesis of the compound, the thermal decomposition behavior and reaction kinetic of H4-PTZ were studied by DSC. and the thermal safety parameters and thermodynamic functions were calculated. Based on the thermal decomposition test (PY) and GC-MS combined detection of H4-PTZ main thermal decomposition products N2, using density functional theory B3LYP/6-311 G(d, p) method to construct H4-PTZ, The type optimization was carried out and the thermal decomposition reaction mechanism was analyzed. The results show that the pathway for releasing N₂ requires the lowest activation energy and is the main thermal decomposition reaction pathway, which is consistent with the experimental results. In this way, the thermal stability and thermal safety of H4-PTZ are comprehensively evaluated, providing theoretical guidance for its application in the field of materials.

Key Words: Tetrazolium energetic compounds and their derivatives; H4-PTZ; Thermal decomposition mechanism; Density functional theory; Thermal safety

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 含能材料的发展 1

1.1.1 含能材料的发展历程 1

1.1.2 传统含能材料存在的问题 3

1.1.3 新型富氮含能材料 3

1.2 富氮含能化合物研究现状 7

1.2.1 国内外富氮含能化合物的研究现状 7

1.2.2 四唑类含能化合物的研究现状 8

1.2.3 四唑类含能化合物的应用 10

1.3 本课题研究意义和内容 11

第二章 对吡啶四唑的合成 13

2.1实验试剂及其物化性质 13

2.2合成路线 16

2.3合成过程简述 16

第三章 对吡啶四唑的热分解机理及动力学研究 18

3.1 引言 18

3.2 热分析动力学基本原理 18

3.2.1热分解动力学参数计算 19

3.3 实验仪器和条件 20

3.3.1 差热扫描量热仪 20

3.3.2 分析天平 21

3.4 实验结果与讨论 22

3.4.1 H4-PTZ的热分解行为 22

3.4.2 H4-PTZ的非等温热分解反应动力学 23

3.4.3 H4-PTZ的热安全性评估与热力学函数估算 29

3.5 结论 30

第四章 高斯计算分析 32

4.1 理论基础与方法 32

4.1.1 理论基础 32

4.1.2 计算方法 32

4.2 反应物构型优化结果与讨论 33

4.2.1 几何构型优化 33

4.2.2 能量比较 35

4.2.3 结构参数 35

4.3 热分解机理计算结果与讨论 39

4.3.1 分解路径猜测 39

4.3.2 反应过渡态结构优化与验证 40

4.3.3 热分解反应能量计算 44

4.4 本章结论 45

第五章 结论、研究创新点及展望 47

5.1 结论 47

5.2 创新点 48

5.3 展望 48

参考文献 49

致谢 52

第一章 绪论

1.1 含能材料的发展

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