嘌呤分子作为含能材料的密度泛函理论研究

【摘要】高能密度化合物（HighEnergyDensityCompounds,HEDC）和其它成分（如黏结剂，增塑剂和纯感剂等）构成的高能量密度材料（HighEnergyDensityMaterials,HEDMs）。这种HEDEs材料的特点是能量高，使用较少（单位体积）的药剂就可以释放出非常大的能量。此外，高能量密度材料在军事，燃料和烟花方面的应用也非常广泛。所以，寻找新型的高能材料有一定的必要性和实用价值。但由于在实验室中，要合成HEDC，研制性能优良的HEDM化合物，需要耗费大量的实验资源，并且实验周期较长。高能物质由于容易自身氧化分解，在实验合成的过程中有一定的危险性。本论文主要针对嘌呤的三类衍生物的性能进行了较为详细的探讨。采用等键反应计算物质的生成热，结合K-J方程计算分子的爆轰性能。通过预测目标分子的最弱键的解离能判断分子的稳定性。利用计算的爆轰性能和分子的稳定性，从中筛选出性能优越的高能量密度材料。这些结果为实验室合成提供大量的理论依据。本文采用量子化学的相关计算方法对三类含能化合物进行了详细的理论研究。这些结果可能给实验室的合成提供大量的理论依据。1.硝基嘌呤衍生物为了寻找高能物质，一系列含有硝基基团取代基的嘌呤衍生物被设计。详细的计算了多硝基嘌呤结构和性能的关系。在B3LYP/6-311G*水平下采用等键反应计算了多硝基嘌呤化合物的生成热。结果得到生成热受取代基数目和位置的影响。利用Kamlet-Jacobs方程在理论密度和生成热的前提下得到爆轰性能。在UB3LYP/6-311G**水平下硝基嘌呤衍生物的稳定性被研究。环ring-NO2键的均裂是解离过程的第一步。考虑到爆轰性能和热稳定性，四硝基嘌呤被认为潜在的高能物质。2．硝铵基嘌呤衍生物根据密度泛函理论，计算了一系列硝铵基嘌呤。在DFT-B3LYP/6-311G**水平下计算分子密度，爆轰性能。利用等键反应计算生成热。结果表明硝铵基的位置会影响生成热的值。解离能和特征落高来研究目标分子的稳定性。通过计算ring-NHNO2和NH-NO2两类键的解离能来研究解离过程中的目标键。硝铵基取代的很多分子的H50都比CL-20和RDX要大。3.二氟氨基嘌呤衍生物根据密度泛函理论，含有二氟氨基的嘌呤衍生物的生成热，电子结构，爆轰性质和热稳定性被研究。结果表明取代基的位置和数目会影响生成热的值。最弱键的解离能和键级用来分析目标分子的热稳定性。利用简化了计算方法缸壁墙速来判断含氟原子的爆炸物的爆轰性能。和常用的爆炸物相比，两个嘌呤衍生物认为是潜在的高能分子。
【作者】闫挺；
【导师】李步通；
【作者基本信息】山西师范大学，化学，2014，硕士
【关键词】高能量密度化合物；爆炸性能；生成热；解离能；密度泛函；

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