嘌呤分子作為含能材料的密度泛函理論研究.pdf

1、高能密度化合物(High Energy Density Compounds, HEDC)和其它成分(如黏結(jié)劑,增塑劑和純感劑等)構(gòu)成的高能量密度材料( High Energy Density Materials, HEDMs)。這種 HEDEs材料的特點是能量高,使用較少(單位體積)的藥劑就可以釋放出非常大的能量。此外,高能量密度材料在軍事,燃料和煙花方面的應(yīng)用也非常廣泛。所以,尋找新型的高能材料有一定的必要性和實用價值。但由于在實驗室

2、中,要合成 HEDC,研制性能優(yōu)良的 HEDM化合物,需要耗費大量的實驗資源,并且實驗周期較長。高能物質(zhì)由于容易自身氧化分解,在實驗合成的過程中有一定的危險性。本論文主要針對嘌呤的三類衍生物的性能進行了較為詳細的探討。采用等鍵反應(yīng)計算物質(zhì)的生成熱,結(jié)合K-J方程計算分子的爆轟性能。通過預(yù)測目標(biāo)分子的最弱鍵的解離能判斷分子的穩(wěn)定性。利用計算的爆轟性能和分子的穩(wěn)定性,從中篩選出性能優(yōu)越的高能量密度材料。這些結(jié)果為實驗室合成提供大量的理論依據(jù)

3、。本文采用量子化學(xué)的相關(guān)計算方法對三類含能化合物進行了詳細的理論研究。這些結(jié)果可能給實驗室的合成提供大量的理論依據(jù)。
　　1.硝基嘌呤衍生物
　　為了尋找高能物質(zhì),一系列含有硝基基團取代基的嘌呤衍生物被設(shè)計。詳細的計算了多硝基嘌呤結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。在B3LYP/6-311G*水平下采用等鍵反應(yīng)計算了多硝基嘌呤化合物的生成熱。結(jié)果得到生成熱受取代基數(shù)目和位置的影響。利用Kamlet-Jacobs方程在理論密度和生成熱的前提下得

4、到爆轟性能。在UB3LYP/6-311G**水平下硝基嘌呤衍生物的穩(wěn)定性被研究。環(huán) ring-NO2鍵的均裂是解離過程的第一步。考慮到爆轟性能和熱穩(wěn)定性,四硝基嘌呤被認為潛在的高能物質(zhì)。
　　2.硝銨基嘌呤衍生物
　　根據(jù)密度泛函理論,計算了一系列硝銨基嘌呤。在DFT-B3LYP/6-311G**水平下計算分子密度,爆轟性能。利用等鍵反應(yīng)計算生成熱。結(jié)果表明硝銨基的位置會影響生成熱的值。解離能和特征落高來研究目標(biāo)分子的穩(wěn)定性

5、。通過計算 ring-NHNO2和NH-NO2兩類鍵的解離能來研究解離過程中的目標(biāo)鍵。硝銨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
　　根據(jù)密度泛函理論,含有二氟氨基的嘌呤衍生物的生成熱,電子結(jié)構(gòu),爆轟性質(zhì)和熱穩(wěn)定性被研究。結(jié)果表明取代基的位置和數(shù)目會影響生成熱的值。最弱鍵的解離能和鍵級用來分析目標(biāo)分子的熱穩(wěn)定性。利用簡化了計算方法缸壁墻速來判斷含氟原子的爆炸物的爆轟性能。和常用的爆