一种含能配合物及其合成方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种含能配合物及其制备方法和应用，含能配合物包括如下化学结构通式所示的化学物：CuM

【技术实现步骤摘要】
一种含能配合物及其合成方法和应用


[0001]本专利技术总体地涉及配合物
，特别是涉及含能配合物及其合成方法和应用。

技术介绍

[0002]配位化合物主要是由有机配体和金属离子所组成的一种新型功能分子材料，因其具有新颖的几何拓扑学结构，优异的性能和可设计的骨架，使得配位化学从无机化学中脱颖而出。
[0003]配位化合物在医药、农药、高分子材料、含能材料等领域的广泛应用，使得其设计、合成及相关性质的研究己经成为化学发展中不可缺少的研究领域之一。
[0004]现有技术中，在含能材料领域里制备含能配合物的类似反应中，一般要用到硝酸根或者高氯酸根作为阴离子。其中硝酸根能量较低，而高氯酸根类化合物燃烧时会产生氯化氢气体，对环境会造成影响，不符合绿色环保的要求。相较之下，二硝酰胺基团以其生成焓高、无氯无碳、多氮等特性，有望作为高能组分应用于含能材料领域。
[0005]二硝酰胺铵(ADN)由于其高比冲、高能量已经被多国应用于武器装备系统中，然而其固有的强吸湿性严重制约其工程化应用。有研究表明，在75％湿度条件下，ADN的吸湿系数可达49.87，吸湿的总体趋势为先快后慢，直至最后变为水溶液。将ADN中的二硝酰胺根分离作为阴离子，并引入金属阳离子和含能配体，制备成金属配合物，不仅可以解决能量问题，还同时具备不易吸湿的性质。
[0006]国内外关于二硝酰胺根金属配合物的合成报道比较少。一方面原因是由于二硝酰胺阴离子的单独分离比较困难，合成过程通常以二硝酰胺铵(ADN)或二硝酰胺钾(KDN)为原材料，产物中往往混有杂质离子，结构鉴定困难、产物分离繁琐；另一方面是由于反应条件苛刻及二硝酰胺根的高危险性，合成过程中易发生分解反应，造成安全问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种含能配合物，其以二价铜离子和二硝酰胺阴离子为主要特征，包括含能配体；目的之二在于提供上述含能配合物的制备方法，该制备方法合成过程安全可控、产率高、操作简便；目的之三在于提供上述二硝酰胺的铜配合物的应用。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种含能配合物，包括如下化学结构通式所示的化学物：CuM
n
(DN)2，其中M为含氮配体，n为含氮配体的个数，DN为二硝酰胺阴离子；所述铜离子为阳离子，所述二硝酰胺根离子为阴离子。
[0009]本专利技术的含能配合物，按组成来说，分为阳离子、阴离子和配体。其中阳离子为二价铜离子；阴离子为二硝酰胺阴离子；配体为含氮的链状或环状分子，包括氨、4
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑
‑5‑
酮、咪唑等，通过调节配体可以得到具有不同结构、不同性能的配合物。
[0010]进一步的，上述含氮配体M包括氨、4
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑
‑5‑
酮、咪唑、氨基胍、4,4'
‑
联
‑
1,2,4
‑
三唑、1
‑
甲基四唑、2
‑
甲基
‑5‑
氨基四唑中的一种。
[0011]本专利技术提供的含能配合物的合成方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一：先用盐酸水溶液和去离子水交替冲洗离子交换树脂，对离子交换树脂进行预处理；再用去离子水溶解原料二硝酰胺铵，用滴液漏斗将溶解后的二硝酰胺铵溶液滴加至离子交换树脂中，收集离子交换树脂中的流出液二硝酰胺酸；
[0013]步骤二：将步骤一得到的二硝酰胺酸加入到反应容器中，加入碱式碳酸铜，其中二硝酰胺酸应过量，得到二硝酰胺铜溶液；
[0014]步骤三：将步骤二得到的二硝酰胺铜溶液加入到反应容器中，加入定当量的配体进行反应，处理后即得到所述含能金属配合物。
[0015]进一步的，上述步骤一中：所述盐酸水溶液质量分数为5
‑
10％；盐酸水溶液和去离子水交替冲洗离子交换树脂次数不低于5次；所述收集流出液是指：滴加二硝酰胺铵溶液后，从离子交换树脂中持续流出1
‑
3min后开始收集的流出液。进一步的，上述步骤三中，反应器中的反应温度为常温，反应时间为1
‑
6h。
[0016]进一步的，上述步骤三包括：常温下将四当量的浓氨水分次加入步骤二得到的二硝酰胺铜水溶液中，磁力搅拌1h后过滤，用冷乙醇洗涤产品，真空干燥48h恒重后，得到二
‑
(二硝酰胺基)
‑
四氨合铜。
[0017]进一步的，上述步骤三包括：常温下将四当量的4
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑
‑5‑
酮分次加入步骤二得到的二硝酰胺铜水溶液中，磁力搅拌6h后烘干反应液，真空干燥48h恒重后，得到二
‑
(二硝酰胺基)
‑
四
‑
(4
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑
‑5‑
酮)合铜。
[0018]进一步的，上述步骤三包括：常温下将四当量的咪唑分次加入步骤二得到的二硝酰胺铜水溶液中，磁力搅拌6h后烘干反应液，真空干燥48h恒重后，得到二
‑
(二硝酰胺基)
‑
四咪唑合铜。
[0019]本专利技术提供的含能配合物包括二价铜离子、二硝酰胺阴离子和多氮配体的二硝酰胺根铜配合物，其制备过程的化学反应方程式如式1所示。
[0020]Cu(DN)2+nM
‑
CuM
n
(DN)2[0021]其中DN:二硝酚胺阴离子
[0022]M:含氮配体
[0023]式1
[0024]本专利技术提供的含能配合物的应用中，其作为含能材料或者作为燃速催化剂应用于固体推进剂中。它是一种含能金属配合物，能作为含能材料或者用于固体推进剂的燃速催化剂：二硝酰胺根具有高含氮量、高热焓、结构致密等特性，且其含有能配位的N以及O，可与多氮配体形成含能配合物。将配合物添加到固体推进剂中不会影响体系的能量水平，且燃烧后原位产生分子级别的金属氧化物，可催化氧化剂的分解，提高燃速。
[0025]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0026]1)本专利技术提供的二硝酰胺铜配合物，分子结构中含有二硝酰胺根：二硝酰胺基团以其生成焓高、无氯无碳、多氮等特性，有望作为高能组分应用于固体推进剂等领域，但二硝酰胺铵(ADN)的强吸湿性严重制约其工程化应用。将ADN中的二硝酰胺根分离，并引入金属离子和含能配体，制备成金属配合物，不仅可以解决能量问题，还同时具备不易吸湿的优点。
[0027]2)本专利技术提供的二硝酰胺根铜配合物的合成方法，所有步骤都可在常温常压下完成，极大地降低了实验的危险系数：配合物的合成是在常温常压条件下完成的；将配体与二硝酰胺铜溶液直接混合，步骤简单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含能配合物，其特征在于，其包括如下化学结构通式所示的化学物：CuM
n
(DN)2，其中M为含氮配体，n为含氮配体的个数，DN为二硝酰胺阴离子；所述铜离子为阳离子，所述二硝酰胺根离子为阴离子。2.如权利要求1所述的含能配合物，其特征在于，所述含氮配体M包括氨、4
‑
氨基
‑
1,2,4
‑
三唑
‑5‑
酮、咪唑、氨基胍、4,4'
‑
联
‑
1,2,4
‑
三唑、1
‑
甲基四唑、2
‑
甲基
‑5‑
氨基四唑中的一种。3.如权利要求1或2所述的含能配合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：先用盐酸水溶液和去离子水交替冲洗离子交换树脂，对离子交换树脂进行预处理；再用去离子水溶解原料二硝酰胺铵，用滴液漏斗将溶解后的二硝酰胺铵溶液滴加至离子交换树脂中，收集离子交换树脂中的流出液二硝酰胺酸；步骤二：将步骤一得到的二硝酰胺酸加入到反应容器中，加入碱式碳酸铜，其中二硝酰胺酸应过量，得到二硝酰胺铜溶液；步骤三：将步骤二得到的二硝酰胺铜溶液加入到反应容器中，加入定当量的配体进行反应，处理后即得到所述含能金属配合物。4.如权利要求3所述的含能配合物的合成方法，其特征在于，所述步骤二中：二硝酰胺铵与碱式碳酸铜的量以摩尔量比为8:1至12:1；所述步骤三中：配体与步骤二所加碱式碳酸铜的量以摩尔量比为8:1。5.根据权利要求3所述的含能配合物的合成方法，其特征在于，所述步骤一中：所述盐酸水溶液质量分数为5
‑
10％；盐酸水溶液和去离子水交替冲洗离子交换树...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，牟国柱，薛光轩，李爽，雷晴，乐思嘉，邵雨滴，张祺祺，
申请(专利权)人：湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：