含能碱金属-有机框架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种化学式为[Na(H

Can containing alkali metal organic framework and preparation method thereof

The invention discloses a chemical formula of [Na (H)

【技术实现步骤摘要】
含能碱金属-有机框架及其制备方法
本专利技术涉及含能材料领域，具体涉及一种化学式为[Na(H2BTT)(H2O)2]n和[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n的含能碱金属-有机框架及其制备方法。
技术介绍
含能金属-有机框架(EMOFs)是近年来发展起来的具有强烈爆炸功能的一类配位聚合物，EMOFs相比普通单质炸药具有“有机”与“无机”的双重优势，含能有机分子与金属无机原子的配位杂化在空间上可以表现为1D、2D或者3D的形式；有序构造的高维度结构决定了这些材料理想的物理性质——高密度及良好的机械性能，和稳定的化学性质——热稳定性好、高能量输出及低感度；这可能为新型含能材料的开发提供全新的方向。此类化合物是目前研究高能、可靠、安全、环保型含能材料的一个重要方向，在炸药、推进剂及烟火剂等领域有着广泛的应用前景。目前报道的成系列的含能金属-有机框架相对较少，尤其是顿感高能的系列EMOFs化合物更为少见。唑类化合物分子中包含大量N—N、C—N等高能化学键，具有高氮低碳氢、高能量高密度的特点，化合物具有更高的正生成焓。2016年德国慕尼黑大学ThomasM.等人整理报道了4,5-二四唑三唑(4,5-Bis(1H-tetrazol-5-yl)-2H-1,2,3-triazole，H3BTT)的相关离子盐及衍生物的能量性质，实验表明H3BTT含氮量高达75.1％、密度1.69g·cm-3、爆速8.36kms-1、爆压24.8GPa；实测其撞击感度(BAM)2J，摩擦感度(BAM)240N，表明其摩擦感度远低于RDX。鉴于此，本专利技术利用该优异的高氮含能分子作为含能配体，以未见报道的碱土金属离子Na(I)、Cs(I)作为配位中心，采用简单绿色的方法成功制备了碱金属及4,5-二四唑三唑的两例含能碱金属-有机框架[Na(H2BTT)(H2O)2]n及[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n，该两例化合物具有良好的安全性和爆轰性能，可作为炸药、火药以及推进剂的组成成份，在高能钝感弹药中具有较好的应用前景。目前，关于碱土金属(Na、Cs)及4,5-二四唑三唑(H3BTT)的两例含能碱金属-有机框架无公开文献报道。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是解决上述现有技术问题，提供一种化学式为[Na(H2BTT)(H2O)2]n和[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n的含能碱金属-有机框架及其制备方法。[技术方案]为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：一种化学式为[Na(H2BTT)(H2O)2]n的含能碱金属-有机框架。一种化学式为[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n的含能碱金属-有机框架。一种含能碱金属-有机框架的制备方法，它包括以下步骤：(1)反应体系的制备将碱金属盐和4,5-二四唑三唑加入到特定比例的混合溶剂体系中，充分搅拌后得到悬浊溶液，利用HCl水溶液或NaOH水溶液的滴加调节悬浊溶液pH值；(2)含能碱金属-有机框架的溶剂热反应制备将步骤(1)得到的反应体系置于含有聚四氟乙烯内筒的不锈钢反应釜中，在140～150℃下反应48～72小时，然后程序降温冷却至室温25℃，打开反应装置，过滤、洗涤、干燥，即得到含能碱金属-有机框架；所述碱金属盐为钠盐或铯盐；当碱金属盐为钠盐时，利用HCl水溶液滴加调节悬浊溶液pH＝5～7；当碱金属盐为铯盐时，利用NaOH水溶液滴加调节悬浊溶液pH＝7～9。本专利技术更进一步的技术方案，在步骤(1)中，所述特定比例的混合溶剂体系是体积比为1：1的水和乙醇或者体积比为1：1的水和甲醇。本专利技术更进一步的技术方案，在步骤(1)中，所述HCl水溶液的浓度为0.8～1.2M；所述NaOH水溶液的浓度为0.8～1.2M。本专利技术更进一步的技术方案，所述HCl水溶液的加入量为0.1～0.2mL；所述NaOH水溶液的加入量为1.5～2mL。本专利技术更进一步的技术方案，当碱金属盐为钠盐，所述钠盐选自NaOH或NaCl；当碱金属盐为铯盐时，所述铯盐选自CsOH或CsCl。本专利技术更进一步的技术方案，当碱金属盐为钠盐，所述钠盐与4,5-二四唑三唑按等物质的量之比添加；当碱金属盐为铯盐时，所述铯盐与4,5-二四唑三唑按等物质的量之比添加。本专利技术更进一步的技术方案，在步骤(2)中，所述程序降温是指以5～10℃/h的降温速度程序降温。本专利技术更进一步的技术方案，当碱金属盐为钠盐，得到的含能碱金属-有机框架的化学式为[Na(H2BTT)(H2O)2]n；当碱金属盐为铯盐时，得到的含能碱金属-有机框架的化学式为[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n。下面将详细地说明本专利技术。本专利技术利用该优异的高氮含能分子4,5-二四唑三唑(H3BTT)作为含能配体，以未见报道的碱土金属离子Na(I)、Cs(I)作为配位中心，采用简单绿色的方法成功制备了碱金属及4,5-二四唑三唑的两例含能碱金属-有机框架[Na(H2BTT)(H2O)2]n及[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n，该两例化合物具有良好的安全性和爆轰性能，可作为炸药、火药以及推进剂的组成成份，在绿色高能钝感弹药中具有较好的应用前景。本专利技术的制备方法中，限定了反应体系的反应温度在140～150℃，是因为在该温度范围时反应釜内的蒸汽压力适合本物质的合成。温度过高可能会引起反应釜内压力过大产生危险。而反应时间限定在48～72h，是因为该时间是一个适合的反应时间。时间过短不宜与物质的合成，过长则浪费时间。本专利技术制备方法步骤(2)的反应温度优选150℃，反应时间优选72h。程序降温要求缓慢，我们的物质在高温高压下是溶解状态，缓慢的降温速率才适合目标物质晶体的生成。本专利技术使用的特定比例的混合溶剂体系中的极性、与之相关的溶解度及高温时产生的压力刚好适合目标物质的合成，金属有机框架的合成过程是一个先溶解后析出的过程。混合溶剂需要提供给反应物适宜的高温反应条件。如果不使用特定的混合溶剂体系，则会导致合成失败。本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本专利技术所得的金属-有机框架[Na(H2BTT)(H2O)2]n及[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n显著降低了H3BTT的感度，并明显提高H3BTT热稳定性。该两例化合物具有良好的安全性和爆轰性能，可作为炸药、火药以及推进剂的组成成份，在高能钝感弹药中具有较好的应用前景。本专利技术的制备方法工艺重复性好，反应条件温和，安全性好，产品品质高。附图说明图1为化学式为[Na(H2BTT)(H2O)2]n的含能碱金属-有机框架晶体结构示意图；图2为化学式为[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n的含能碱金属-有机框架晶体结构示意图；图3为化学式为[Na(H2BTT)(H2O)2]n的含能碱金属-有机框架粉末与单晶衍射测试的XRD图；图4为化学式为[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n的含能碱金属-有机框架粉末与单晶衍射测试的XRD图。具体实施方式下面结合本专利技术的实施例对本专利技术作进一步的阐述和说明。1、[Na(H2BTT)(H2O)2]n含能碱金属-有机框架的制备实施例1(1)配置10ml体积比为1:1水/乙醇混合溶液，称取105mg(0.5mmol)的4,5-二四唑三唑(H3BTT)并转移至混合溶剂中，向溶液体系中加入1.5-2ml的NaOH(1M)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学式为[Na(H

【技术特征摘要】
1.一种化学式为[Na(H2BTT)(H2O)2]n的含能碱金属-有机框架。2.一种化学式为[Cs2(H2BTT)2(H2O)]n的含能碱金属-有机框架。3.一种含能碱金属-有机框架的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)反应体系的制备将碱金属盐和4,5-二四唑三唑加入到特定比例的混合溶剂体系中，充分搅拌后得到悬浊溶液，利用HCl水溶液或NaOH水溶液的滴加调节悬浊溶液pH值；(2)含能金属-有机框架的溶剂热反应制备将步骤(1)得到的反应体系置于含有聚四氟乙烯内筒的不锈钢反应釜中，在140～150℃下反应48～72小时，然后程序降温冷却至室温25℃，打开反应装置，过滤、洗涤、干燥，即得到含能碱金属-有机框架；所述碱金属盐为钠盐或铯盐；当碱金属盐为钠盐时，利用HCl水溶液滴加调节悬浊溶液pH＝5～7；当碱金属盐为铯盐时，利用NaOH水溶液滴加调节悬浊溶液pH＝7～9。4.根据权利要求3所述的含能碱金属-有机框架的制备方法，其特征在于在步骤(1)中，所述特定比例的混合溶剂体系是体积比为1：1的水和乙醇或者体积比为1：1的水和甲醇。5.根据权利要求3所述的含能碱金属-有机框架的制备方法，其特征在于在步...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东，张祺，李洪珍，敬东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51