作者简介:陆明(1963-),男,二级教授,博导,从事含能材料的设计合成与性能研究。E-mail:luming@njust.edu.cn
(School of Chemical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)
polynitrogen materials; N+5; N-5; polynitrogen derivatives; high energy density material; energetic performance
DOI: 10.14077/j.issn.1007-7812.202005010
备注
作者简介:陆明(1963-),男,二级教授,博导,从事含能材料的设计合成与性能研究。E-mail:luming@njust.edu.cn
从实验和理论方面综述了N5(包括“V”型N+5和环状N-5)衍生物的近期研究进展。介绍了N+5及其衍生物N+5AsF-6、N+5SbF-6和N+5[P(N3)6]-等10个离子盐的合成以及N+5M-(M = Sb(OH)6、Sb(OH)4F2、AlF6、AlF4、BF4、B(CF3)4、PF6、AsF6和SbF6)和N+5B(N3)-4的理论研究; N-5及其衍生物[Na(N5)(H2O)]?2H2O等19个金属配合物(其中12个配位聚合物)和(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl等17个非金属含能离子盐的合成以及BaN5、CuN5和M(N5)3(M = Al、Ga、Sc和Y)的理论研究,对N-5衍生物的能量性能进行了比较; 并简单介绍了N-5的高压合成方法; 指出了N5衍生物的发展趋势。附参考文献45篇。
The recent research progress of N5(including “V” type N+5 and cyclic N-5)derivatives is reviewed in terms of experiment and theory. The syntheses of N+5 and its 10 ion salts, such as N+5AsF-6, N+5SbF-6 and N+5[P(N3)6]-; the theoretical studies of N+5M-(M=Sb(OH)6, Sb(OH)4F2, AlF6, AlF4, BF4, B(CF3)4, PF6, AsF6 and SbF6)and N+5B(N3)4-; the syntheses of N-5 and its derivative [Na(N5)(H2O)]?2H2O etc. 19 metal complexes(of which 12 coordination polymers)and(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl etc. 17 non-metallic energetic ion salts; and the theoretical studies of BaN5, CuN5 and M(N5)3(M = Al, Ga, Sc and Y)are introduced, and the energetic performances of N-5 derivatives are compared. The development process of high-pressure synthesis of N-5 is summarized, and the development trends of N-5derivatives are pointed out with 45 references.
引言
全氮材料在新型高能量密度材料(HEDM)方面具有巨大潜力,可作为重要成分应用于推进剂或炸药中[1]。全氮化合物的能量直接来自单键、双键和三键之间的键解离能差异。与碳化学相反,N—N单键(159kJ/mol)和N=N双键(419kJ/mol)的能量分别远小于三键(946kJ/mol)能量的1/3和2/3,因此,N—N单键或N=N双键向N≡N三键的转换伴随着巨大的能量释放[2]。
2014年,美国新泽西理工学院Z.Iqbal和X.Wang教授等[3]使用循环伏安法在环境条件下合成了稳定在多壁碳纳米管(MWNTs)的带正电的侧壁上的全氮物种N-8离子。N-8离子为C2h对称的链状结构,MWNT+N-8的热稳定性高达400℃,且对氧化还原反应具有很高的活性。同年。美国华盛顿州立大学的Choong-Shik Yoo等[4]利用激光加热的金刚石压砧在120~180GPa下合成了单键连接的层状聚合氮(LP-N),结构类似于预测的Pba2,并具有高密度和高刚度。2018年,中国科学院固体物理研究所的A.F.Goncharov和美国华盛顿卡内基研究所的R.S.McWilliams等[5]在2500K时125GPa以上通过快速光谱学观察到了金属氮。2019年,法国原子能和替代能源委员会(CEA)的D. Laniel等[6]在244GPa和3300K下观察到一个具有四方晶格P42bc的单一晶相,预测为六边形层状聚合物氮(HLP—N)结构。同年,D.Laniel等[7]又在约50GPa下进行激光加热获得了MgN4和Mg2N4盐。
高压化学极大地促进了全氮及其衍生物的合成进展,但高压下合成的化合物在环境条件下的存在稳定性、合成过程的安全性、放大困难等问题亟待解决。近些年,能常压下合成并稳定的主要是N5(包括“V”型的N+5和环状的N-5)衍生物[8]。本文对N5衍生物的发现、合成、衍生化、性质及理论研究等成果进行了系统总结,为进一步拓展全氮物种及其衍生物提供参考。
1 N+5衍生物合成研究
1999年,美国空军研究实验室(AFRL/PRS)和南加州大学的K.O.Christe教授等[9]首先报道了继N2和N-3之后第三个可以宏观尺度上制备的全氮物种N+5。N+5以其六氟化砷盐N+5AsF-6的形式存在,其合成反应见式(1)。反应介质选择无水HF是因为其偶极矩高、低熔点(-80℃)和高挥发性。N+5AsF-6为白色固体,微溶于无水HF,22℃临界稳定,-78℃下可保存数周而无明显分解。它是一种强氧化剂,遇水爆炸,5mg样品的爆炸威力就会破坏一台低温拉曼装置。
2001年,K.O.Christe教授等[10]用相同的方法合成了比N+5AsF-6更稳定的N+5盐N+5SbF-6,见式(2)。此盐是室温下稳定的无色吸湿性固体,根据DSC数据,它在70℃时开始分解。此外,它对撞击不敏感。为了避免潜在的副反应,室温下将N+5SbF-6与等摩尔的SbF5在HF中反应可合成N+5Sb2F-11,见式(3)。N+5Sb2F-11与N+5SbF-6类似,为无色固体,室温稳定,70℃分解。通过N+5Sb2F-11的单晶结构解析(见图1),第一次在实验上确认了N+5的“V”型结构及其C2v对称性。
图1 N+5Sb2F-11的单晶结构
Fig.1 Single-crystal structure of N+5Sb2F-112003年,W.W.Wilson和K.O.Christe教授等[11]利用复分解反应将N+5SbF-6转化为N+5[B(CF3)4]-和(N+5)2SnF2-6。(N+5)2SnF2-6对摩擦敏感,会逐步分解产生N+5SnF-5。2004年,R.Haiges和K.O.Christe教授等[12]又利用复分解反应将N+5SbF-6转化为N+5[HF2]-?nHF、N+5[P(N3)6]-和N+5[B(N3)4]-。另外,N+5[HF2]-?nHF和比HF强的Lewis酸置换合成了N+5[BF4]-、N+5[PF6]-和N+5[SO3F]-。其中,N+5[P(N3)6]-对震动极为敏感,在稍加刺激或升温至室温时会剧烈爆炸(见图2)。除了非常高的能量含量外,这种盐还因其91.2%的高氮含量而引人注目。
图2 内装小于500mg N+5[P(N3)6]-爆炸后的9mm特氟龙-FEP安瓿瓶
Fig.2 9mm o.d. Teflon-EP ampule after explosion of less than 500mg of N+5[P(N3)6]-2006年,为了更加方便地检测全氮化合物,H.S.Taylor、T.Schroer和K.O.Christe教授等[13]开发了用于15N自然丰度NMR光谱的谐波反转降噪方法。该方法优于用于处理FID的常规傅里叶变换方法,并允许检测自然丰度15N NMR信号,且扫描次数明显减少,灵敏度更高。
2 N-5衍生物合成研究
3 理论研究
近几年,关于N5衍生物的理论研究很多[40],主要集中在N-5离子的高压合成和性质等方面。2015年,北京理工大学的S.Pang和R.Zhang等[41]通过密度泛函理论研究了几种N+5M-化合物(M=Sb(OH)6、Sb(OH)4F2、AlF6、AlF4、BF4、B(CF3)4、PF6、AsF6和SbF6)的热稳定性。结果显示它们的热稳定按以下顺序递减:N+5 > N5B(CF3)4≈N5SbF6≈N5AsF6>N5PF6>N5AlF4≈N5BF4>N5AlF6。反离子M-中的高电负性原子或基团对于稳定N+5是必不可少的,而且M-离子与N+5之间的相互作用导致N+5的热稳定性降低。2019年,以色列希伯来大学的R.B.Gerber等[42]预测了N+5B(N3)-4的结构(见图 13)和稳定性。
图 13 理论预测的N+5B(N3)-4、BaN5和CuN5的结构
Fig.13 Theoretical predicted structures of N+5B(N3)-4, BaN5 and CuN52018年,法国普瓦提埃大学的G.Frapper等[43]预测了BaN5的结构(见图 14),并发现其稳定范围是25~80GPa(空间群Imma)。同年,临沂大学的J.Li和X.Wang等[44]预测了高压(50~100GPa)合成CuN5(见图 13)的可行性及其环境条件下的稳定性。2019年,南京大学的J.Sun等[45]预测了系列三价金属五唑盐M(N5)3(M=Al、Ga、Sc和Y)在高压(约40GPa)下的结构(图 14)和稳定性。
图 14 理论预测的Al(N5)3、Ga(N5)3、Sc(N5)3和Y(N5)3的结构
Fig.14 Theoretical predicted structures of Al(N5)3, Ga(N5)3, Sc(N5)3 and Y(N5)34 展 望
近几年,N5(包括“V”型N+5和环状N-5)衍生物在理论和实验方面均取得了显著进展。N5是继N2和N-3之后最具潜力的全氮物种,为全氮含能材料或超高能材料的构建提供了两个稳定的全氮离子。N5衍生物主要是N+5 、N-5衍生物,因其相对稳定,在未来火炸药配方中具有潜在的应用前景。高压化学的发展为全氮物种的深入研究及创新发展提供了技术支持。N5衍生物有望突破传统CHON含能材料的能量极限,满足未来对高性能含能材料的要求,建议今后可从以下几方面开展工作:
(1)以合成的接近50个N5衍生物为基础,结合已有的稳定全氮离子N-3,尝试全氮盐N+5N-5和N+5N-3或其他组分稳定的全氮盐的设计组装与合成;
(2)对已合成的N5衍生物进行全面的科学评估,筛选出综合性能突出、具有应用潜力的衍生物,加强应用研究,为N5衍生物的应用明确方向及发展重点;
(3)开发全氮或全氮衍生物的性能预估理论方法或小药量性能测试方法,建立全氮或全氮衍生物能量性能评价体系,实验数据验证理论预估非常必要;
(4)加强对N-5的合成和切断机理研究,提高N-5的产率,为放大研究奠定前提条件基础;
(5)高压化学在探索新的全氮物种方面具有优势,如何充分发挥高压化学的优点, 并解决卸压后合成化合物的稳定性问题,以及提高高压制备的量级规模,是高压化学在全氮制备领域中的一个发展瓶颈。
2.1 N-5的常压合成早在20世纪50年代末,Ugi等[14]合成并研究了芳基五唑的稳定性,并试图通过芳基五唑合成五唑阴离子(N-5),但没有成功。当时研究发现最稳定的芳基五唑是对二甲氨基苯基五唑[15]。21世纪初,有研究称N+5N-5与N+5N-3不同,N+5N-5可能足够稳定,可以大量合成[16],因此研究者们对N-5产生了新的兴趣。2002年,A.Vij和K.O.Christe教授等[17]首次在质谱实验中检测到了N-5(m/z=70.0,见图3)。2003年,H.Östmark等[18]证实通过激光解析电离(LDI)可以实现对二甲氨基苯基五唑中C—N键的断裂,从而在飞行时间(TOF)质谱上检测到N-5。这些质谱研究是以各种芳基五唑溶液为原料进行的,要求所选芳基五唑在溶液中足够稳定(大多数不稳定),而且检测方案缺乏选择性,也不可能合成大量离子。
图3 A. Vij等利用质谱首次检测到N-5
Fig.3 First MS detection of N-5 by A. Vij,et al2008年,爱尔兰国立高威大学的R.N.Butler等[19]采用硝酸铈铵作为切断试剂,在切断时使得铈离子与五唑相结合从而稳定五唑负离子,并给出了五唑的核磁表征。然后该实验被其他研究人员重复后,发现铈离子并未与N-5离子结合且无法检测到N-5离子,并认为其所谓的五唑核磁谱图并非是N-5离子,而是加入的NO-3的核磁出峰。
2016年,希伯来大学的Y.Haas教授等[20]首次通过碱金属还原的方法,实现芳基五唑中C—N键的选择性切断,并通过一级质谱检测到N-5的信号,证明N-5离子可以存在于低温溶液中。并且研究发现金属钠本身对于该反应而言还原性太强,有可能导致分解产生叠氮化物阴离子。当使用钝化钠时,该反应的主要瓶颈是需要较长的还原时间,而使用温和的还原剂可能会缓解这个问题[21]。
2017年,南京理工大学的B.Hu和M.Lu等[22]开发了一种甘氨酸亚铁和间氯过氧苯甲酸氧化切断芳基五唑中C—N键的方法,合成并分离了首个含N-5离子的室温稳定固体化合物(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(见图5)。同年,南京理工大学的P.Wang和M.Lu等[23]利用相同的氧化切断方法合成了首个常温常压下稳定的金属-N-5配合物[Na(N5)(H2O)]?2H2O(见图4)。
图4 (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl和[Na(N5)(H2O)]?2H2O的晶体结构
Fig.4 Single crystal structure of(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl and [Na(N5)(H2O)]?2H2O2.2 N-5的高压合成2016年,美国劳伦斯?利弗莫尔国家实验室的E.Stavrou和南佛罗里达大学的I.I.Oleynik等[24]发明了理论和实验方法相结合在高压下发现材料的新方法,示意图见图5。理论方面包括搜索能量分布图,将新的晶体材料识别为多维势能面的最小值以及计算相应的X射线衍射(XRD)图谱和拉曼(Raman)光谱。 实验方面包括在金刚石压砧(DAC)中压缩和加热材料,然后使用Raman和XRD表征产物。比较计算光谱和实验光谱时,将两方面结合在一起。
图5 实验和理论方法相结合在高压下发现材料的方法示意图
Fig.5 Schematic of combined experimental and theoretical approaches for materials discovery at high pressures他们运用这种方法将液氮(N2)与叠氮化铯(CsN3)在DAC中压缩和加热,预测混合物在高压下向五唑铯(CsN5)转化(见图6)。他们认为CsN5是N-5的首个固态化合物,由第一性原理指导的晶体结构预测CsN5在60GPa下可能为Pbca或P-1空间群(见图7),但卸压至18GPa时,CsN5晶体消失。
图6 实验检测到的CsN5和LiN5
Fig.6 Experimentally detected CsN5 and LiN52018年,法国CEA的P.Loubeyre等[25]通过压缩和激光加热嵌入N2中的锂片(Li),在约45GPa下合成了五唑锂(LiN5)固体(见图6)。卸压至环境条件下,质谱发现回收的化合物中存在N-5离子。因此,LiN5被认为是第一种通过高压产生并回收到环境条件的多氮高能量密度材料。
图7 结构搜索发现的60GPa下的两个CsN5晶体结构
Fig.7 Crystal structures of two CsN5 polymorphs at 60GPa discovered during the structure search2.3 N-5的金属配合物金属通常与N具有良好的配位能力,N-5环由五个N构成,所以容易形成金属配合物。迄今为止,已经制备了十多种金属—N-5配合物(见表1)。本文根据这些配合物的维度将它们分为简单配合物和配位聚合物。
表1 金属-N-5配合物
Table 1 Metal-N-5 complexes2.3.1 简单配合物南京理工大学陆明课题组最早在常温常压下运用常规化学方法合成N-5的配合物。以[Na(N5)(H2O)]?2H2O[23]为原料,通过复分解反应合成了[Mn(H2O)4(N5)2]?4H2O[23]、[Fe(H2O)4(N5)2]?4H2O[23]、[Co(H2O)4(N5)2]?4H2O[23]、[Zn(H2O)4(N5)2]?4H2O[26]和[Mg(H2O)6(N5)2]?4H2O[23]六个简单配合物。Mn、Fe、Co和Zn四个配合物具有相似的化学式[M(H2O)4(N5)2]?4H2O、相同的晶系和空间群(正交Fmmm)和几乎相同的晶胞排列方式(a:12.144~12.342Å; b:17.114~17.444Å; c:6.465~6.570Å; α:90°; β:90°; γ:90°; z:4)。每个金属离子贡献六个空轨道,与轴向位置的2个N-5的氮原子和赤道平面上来自4个配位水的4个氧原子形成四边形双锥体配位模式。配合物[Mg(H2O)6(N5)2]?4H2O的结构比较特殊,Mg离子与6个配位水的氧原子配合,N-5与金属Mg离子之间无配位键。而N-5则靠与配位水和结晶水之间的5个氢键稳定。
2.3.2 配位聚合物为了提高N-5金属配合物的能量性能,研究者们试图减少N-5配合物中的水含量,从而得到了一系列结构更加复杂的配位聚合物。2017年底,南京理工大学的P.Wang和M.Lu等[27]以一维的[Na(N5)(H2O)]?2H2O为原料,通过弱碱性环境下重结晶成功构建了具有高对称性的类沸石框架材料[Na8(N5)8(H2O)3]n(见图8)。这个框架中每24个钠离子、12个N-5环和12个氧原子形成一个鼓状纳米笼,笼中心有一个钠离子,这是首个N-5的三维框架结构。[Na8(N5)8(H2O)3]n三个空间方向上的纳米笼(Na24N60O12)完全相同,而中国工程物理研究院化工材料研究所的Q.Zhang等[28]随后报道了另一个沸石结构的三维框架材料MPF-1,其中含有两种类型的纳米笼Na20N60和Na24N60(见图9)。
图8 [Na8(N5)8(H2O)3]n的纳米笼结构
Fig.8 Nanocages of [Na8(N5)8(H2O)3]n除了基于钠离子的N-5配位聚合物外,陆续合成了以钡离子、铜离子、银离子、锂离子、钾离子等为金属中心的三维配位聚合物[Ba(N5)(NO3)(H2O)3]n[29]、[NaBa3(N5)6(NO3)(H2O)3]n[29]、[Cu(N5)(N3)]n[29]、[Ag(N5)]n[29]、[Ag(NH3)2]+[Ag3(N5)4]- [30]、[LiNa(N5)2(H2O)4]?H2O[31]和[K(N5)]n[32]。虽然这些配位聚合物结构各异,但都没有大的孔道。
N-5的配合物大部分都含有结晶水和(或)配位水[33],[K(N5)]n、[Cu(N5)(N3)]n、[Ag(N5)]n和[Ag(NH3)2]+[Ag3(N5)4]-是其中4个无水配合物。[Cu(N5)(N3)]n感度极高; 预估[K(N5)]n的爆速仅为6977m/s、爆压为20.9GPa; [Ag(N5)]n与[Ag(NH3)2]+[Ag3(N5)4]-相比显然[Ag(N5)]n的能量性能更优,其预估爆速为7782m/s、爆压为34.7GPa。为了追求更高能量,南京理工大学的Q.Lin和M.Lu等[34]尝试将胍离子和氨基三唑通过复分解反应与N-5组装成高能化合物,结果钠离子不能除净,得到了[Na5(CH6N3)(N5)9]3-和[(NaN5)2(C2H4N4)]两种配位聚合物。虽然[(NaN5)2(C2H4N4)]的爆速达到了7863m/s,但相对[Ag(N5)]n来说增加幅度较小。
2.4 N-5的非金属离子盐2018年初,南京理工大学的P.Wang和M. Lu等[35]以[Na(N5)(H2O)]?2H2O为原料,通过复分解反应,合成了N-5的首批非金属含能离子盐:氨基甲酰基胍五唑盐、草酰肼五唑盐和3,9-二氨基-双([1,2,4]三唑并)[4,3-e:3',4'-g]四氮杂庚烷双五唑盐(见图 10)。
图 10 N-5的首批非金属含能离子盐的合成
Fig.10 Syntheses of the first series of non-metallic energetic pentazolate salts2018年底,南京理工大学的B.Hu和C.Sun等[36]以[Mg(H2O)6(N5)2]?4H2O为原料,通过复分解反应合成了N-5的羟胺盐、铵盐和肼盐,而氨基胍盐却导致了N-5的分解破环(见图 11)。2019年初,P.Wang和M.Lu等[32]以[Ag(N5)]n为原料,避免了先前方法需要多次重结晶去除氯化钠和硫酸镁沉淀的繁琐步骤,以生成氯化银难溶沉淀的快速复分解反应,合成了一系列N-5的含能盐(见图 12)。此方法适用性强,可与N-5实现组装的阳离子包括简单含能阳离子、胍类阳离子、三唑类阳离子和稠环类阳离子。
图 11 N-5的羟胺盐、铵盐和肼盐的合成
Fig.11 Syntheses of the hydroxylammonium, ammonium, and hydrazinium pentazolate salts随后,M.Lu等[37]以类似于生成氯化银的复分解反应,利用硫酸钡沉淀的难溶性,合成了羧甲基羟胺五唑盐、O-(4-硝基苄基)羟胺五唑盐和乙二胺二五唑盐。
图 12 N-5含能盐的快速合成
Fig.12 Rapid syntheses of the energetic pentazolate salts2.5 N-5衍生物的能量性能N-5衍生物的能量性能备受关注,但关于其能量的计算结果差别较大[32, 38]。为了在同一水平上比较含能五唑离子盐的密度、生成热、爆速和爆压,南京理工大学的王鹏程和陆明等[39]采用密度泛函理论在MP2/6-311++G(d,p)理论水平上对近两年合成的五大类16个非金属N5ˉ离子盐进行了生成热计算,并通过Kamlet-Jacobs公式预估了五唑含能离子盐的爆速和爆压,结果如表2所示。
表2 N-5衍生物的能量性能
Table 2 Energetic properties of N-5 derivatives由表2可以看出,目前合成的非金属N-5离子盐的密度均低于TNT,生成热均大于RDX,综合爆轰性能参数基本上小于或等于RDX。N-5缩二胍盐的能量性能(爆速为9032m/s)超过其羟胺盐和肼盐,在目前合成的所有N-5离子盐中性能最突出,但远未达到对N-5含能化合物超高能量的预期。
- [1]李玉川, 庞思平. 全氮型超高能含能材料研究进展[J]. 火炸药学报, 2012, 35(1): 1-8.
- [2]CHRISTE K O. Recent advances in the chemistry of N+5, N-5 and high-oxygen compounds[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2007, 32(3): 194-204.
- [3]WU Z, BENCHAFIA E M, IQBAL Z, et al. N8- Polynitrogen stabilized on multi-wall carbon nanotubes for oxygen-reduction reactions at ambient conditions[J].Angewandte Chemie International Edition, 2014, 53(46): 12555-12559.
- [4]TOMASINO D, KIM M, SMITH J, et al. Pressure-induced symmetry-lowering transition in dense nitrogen to layered polymeric nitrogen(lp-n)with colossal raman intensity[J]. Physical Review Letters, 2014, 113(20): 205502.
- [5]JIANG S, HOLTGREWE N, LOBANOV S S, et al. Metallization and molecular dissociation of dense fluid nitrogen[J]. Nature Communications, 2018, 9: 2624.
- [6]LANIEL D, GENESTE G, WECK G, et al. Hexagonal layered polymeric nitrogen phase synthesized near 250 GPa[J]. Physical Review Letters, 2019, 122(6): 066001.
- [7]LANIEL D, WINKLER B, KOEMETS E, et al. Synthesis of magnesium-nitrogen salts of polynitrogen anions[J]. Nature Communications, 2019, 10: 4515.
- [8]李珏成, 靳云鹤, 邓沐聪, 等. 全氮五唑化合物研究进展[J]. 含能材料, 2018, 26(11): 991-998.
- [9]CHRISTE K O, WILSON W W, SHEEHY J A, et al. N+5: A novel homoleptic polynitrogen ion as a high energy density material[J].Angewandte Chemie International Edition, 1999, 38(13/14): 2004-2009.
- [10]VIJ A, WILSON W W, VIJ V, et al. Polynitrogen chemistry. synthesis, characterization, and crystal structure of surprisingly stable fluoroantimonate salts of N+5[J]. Journal of the American Chemical Society, 2001, 123(26): 6308-6313.
- [11]WILSON W W, VIJ A, VIJ V, et al. Polynitrogen chemistry: preparation and characterization of(N5)2SnF6, N5SnF5, and N5B(CF3)4[J]. Chemistry-A European Journal, 2003, 9(12): 2840-2844.
- [12]HAIGES R, SCHNEIDER S, SCHROER T, et al. High-energy-density materials: synthesis and characterization of N+5[P(N3)6]-, N+5[B(N3)4]-, N+5[HF2]-?nHF, N+5[BF4]-, N+5[PF6]-, and N+5[SO3F]-[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2004, 43(37): 4919-4924.
- [13]KUNIKEEV S D, TAYLOR H S, SCHROER T, et al. New signal processing method for the faster observation of natural-abundance 15N NMR spectra and its application to N+5[J]. Inorganic Chemistry, 2006, 45(1): 437-442.
- [14]HUISGEN R, UGI I. Zur Lösung eines klassischen problems der organischen stickstoff-Chemie[J]. Angewandte Chemie, 1956, 68(22): 705-706.
- [15]UGI I. Advances in Heterocyclic Chemistry[M]. New York: Academic Press, 1964.
- [16]FAU S, WILSON K J, BARTLETT R J. On the stability of N+5N-5[J]. The Journal of Physical Chemistry A, 2002, 106(18): 4639-4644.
- [17]VIJ A, PAVLOVICH J G, WILSON W W, et al. Experimental detection of the pentaazacyclopentadienide(pentazolate)anion, cyclo-N-5[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2002, 41(16): 3051-3054.
- [18]ÖSTMARK H, WALLIN S, BRINCK T, et al. Detection of pentazolate anion(cyclo-N-5)from laser ionization and decomposition of solid p-dimethylaminophenylpentazole[J].Chemical Physics Letters, 2003, 379(5/6): 539-546.
- [19]BUTLER R N, HANNIFFY J M, STEPHENS J C, et al. A ceric ammonium nitrate N-dearylation of N-p-anisylazoles applied to pyrazole, triazole, tetrazole, and pentazole rings: release of parent azoles. generation of unstable pentazole, HN5/N-5, in solution[J]. The Journal of Organic Chemistry, 2008, 73(4): 1354-1364.
- [20]BAZANOV B, GEIGER U, CARMIELI R, et al. Detection of Cyclo-N-5 in THF solution[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2016, 55(42): 13233-13235.
- [21]BAZANOV B, GEIGER U, GRINSTEIN D, et al. N5- in Solution: Isotopic labeling and further details of its synthesis by phenyl pentazole reduction[J]. The Journal of Physical Chemistry A, 2017, 121(36): 6727-6731.
- [22]ZHANG C, SUN C, HU B, et al. Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N5- in(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl[J].Science, 2017, 355(6323): 374-376.
- [23]XU Y, WANG P, SHEN C, et al. A series of energetic metal pentazolate hydrates[J].Nature, 2017, 549(7670): 78-81.
- [24]STEELE B A, STAVROU E, CROWHURST J C, et al. High-pressure synthesis of a pentazolate salt[J].Chemistry of Materials, 2017, 29(2): 735-741.
- [25]LANIEL D, WECK G, GAIFFE G, et al. High-pressure synthesized lithium pentazolate compound metastable under ambient conditions[J].The Journal of Physical Chemistry Letters, 2018, 9(7): 1600-1604.
- [26]XU Y, WANG P, LIN Q, et al. A carbon-free inorganic-metal complex consisting of an all-nitrogen pentazole anion, a Zn(II)cation and H2O[J].Dalton Transactions, 2017, 46(41): 14088-14093.
- [27]XU Y, WANG P,LIN Q, et al. Self-assembled energetic 3D metal-organic framework [Na8(N5)8(H2O)3]n based on cyclo-N-5[J].Dalton Transactions, 2018,47(5):1398-1401.
- [28]ZHANG W, WANG K, LI J, et al. Stabilization of the pentazolate anion in a zeolitic architecture with Na20N60 and Na24N60 nanocages[J].Angewandte Chemie International Edition, 2018, 57(10): 2592-2595.
- [29]XU Y, LIN Q, WANG P, et al. Syntheses, crystal structures and properties of a series of 3D metal-inorganic frameworks containing pentazolate anion[J].Chemistry-An Asian Journal, 2018, 13(13): 1669-1673.
- [30]SUN C, ZHANG C, JIANG C, et al. Synthesis of AgN5 and its extended 3D energetic framework[J].Nature Communications, 2018, 9: 1269.
- [31]LI J, WANG K, SONG S, et al. [LiNa(N5)2(H2O)4]?H2O: a novel heterometallic cyclo-N5- framework with helical chai-s[J].Science China Materials, 2019, 62(2): 283-288.
- [32]XU Y, TIAN L, LI D, et al. A series of energetic cyclo-pentazolate salts: rapid synthesis, characterization, and promising performance[J].Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(20): 12468-12479.
- [33]陆明, 许元刚, 王鹏程, 等. N-5与金属离子及有机阳离子的键合作用[J]. 火炸药学报, 2019, 42(1): 1-5.
- [34]WANG P, XU Y, WANG Q, et al. Self-assembled energetic coordination polymers based on multidentate pentazole cyclo-N5-[J].Science China Materials, 2019, 62(1): 122-129.
- [35]XU Y, LIN Q, WANG P, et al. Stabilization of the pentazolate anion in three anhydrous and metal-free energetic salts[J].Chemistry-An Asian Journal, 2018, 13(8): 924-928.
- [36] YANG C, ZHANG C, ZHENG Z, et al. Synthesis and characterization of cyclo-pentazolate salts of NH+4, NH3OH+, N2H+5, C(NH2)+3, and N(CH3)+4[J].Journal of the American Chemical Society, 2018, 140(48): 16488-16494.
- [37]TIAN L, XU Y, LIN Q, et al. Syntheses of energetic cyclo-pentazolate salts[J].Chemistry-An Asian Journal, 2019, 14(16): 2877-2882.
- [38]CHRISTE K O, DIXON D A, VASILIU M, et al. How energetic are cyclo-pentazolates?[J].Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2019, 44(3): 263-266.
- [39]许元刚, 李冬雪, 田丽莉, 等. 含能五唑离子盐的能量性能预估[J].含能材料, 2020, 28(8): 718-723.
- [40]WANG P, XU Y, LIN Q, et al. Recent advances in the syntheses and properties of polynitrogen pentazolate anion cyclo-N-5 and its derivatives[J].Chemical Society Reviews, 2018, 47(20): 7522-7538.
- [41]YU Y, LI Y, CHEN J, et al. Towards understanding the stability of the N+5- containing salts: the role of counterions[J].RSC Advances, 2015, 5(127): 104841-104845.
- [42]ZAKAI I, GRINSTEIN D, WELNER S, et al. Structures, stability, and decomposition dynamics of the polynitrogen molecule N+5B(N3)-4 and its dimer [N+5]2[B(N3)-4]2[J].The Journal of Physical Chemistry A, 2019, 123(34): 7384-7393.
- [43]HUANG B, FRAPPER G. Barium-nitrogen phases under pressure: emergence of structural diversity and nitrogen-rich compounds[J].Chemistry of Materials, 2018, 30(21): 7623-7636.
- [44]LI J, SUN L, WANG X, et al. Simple route to metal cyclo-N5- salt: high-pressure synthesis of CuN5[J].The Journal of Physical Chemistry C, 2018, 122(39): 22339-22344.
- [45]XIA K, YUAN J, ZHENG X, et al. Predictions on high-power trivalent metal pentazolate salts[J]. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2019, 10(20): 6166-6173.