北理工《Accounts of Chemical Research》：含能框架材料！

学术 2024-09-29 16:40 江西

近日，北京理工大学庞思平教授团队受邀在国际顶级期刊《Accounts of Chemical Research》（影响因子16.4）发表了题为《Thinking Outside the Energetic Box: Stabilizing and Greening High-Energy Materials with Reticular Chemistry》的综述文章。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.4c00330

本文总结了高能量密度框架材料综合性能提升和绿色化方面取得的主要进展。课题组突破传统含能材料的设计思维，2013年在国际上首次提出了三维含能金属有机骨架材料设计思路，并完成了一系列高能低感材料的合成工作（Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 14031; Chem. Mater. 2016, 28, 1472），受到了国内外学者的广泛关注。

三维含能金属有机骨架（3D-MOFs）材料

十余年来，国内外含能材料团队相继报道了数百篇高能框架主题的高水平文章，为传统的含能材料研究开辟出了新的赛道。基于课题组先前在金属型和共价型高能框架材料方面的研究，团队成员通过高能主客体尺寸匹配和富氮配体分子编辑等策略，完成了一系列氢键含能框架材料的设计与合成验证（Nat. Commun. 2022, 13, 6937; ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 21849），进一步展示了含能材料与框架化学的交叉创新潜力。课题组相关工作得到了国家自然科学基金国际合作与交流项目和重点项目等基金的资助。本文的通讯作者为北京理工大学材料学院的尹平教授、爱达荷大学化学系的Shreeve教授和北京理工大学材料学院的庞思平教授，北京理工大学材料学院助理教授来祺为第一作者。

尺寸匹配策略构筑高能氢键框架材料

框架化学提供了通过调整构筑单元结构来系统设计具有不同孔隙的多孔材料的机会。其中，框架材料在设计新型含能材料方面表现出独特优势。含能材料广泛应用于火箭、卫星、采矿和深地探测等领域。就高能材料而言，含能基团和富氮杂环是高能量密度化合物的基本组成单元。然而，在分子水平上设计高能密度材料的传统方法面临着能量与稳定性之间平衡的挑战。基于含能组分间的非共价相互作用（如配位、离子键和氢键）和/或共价相互作用，框架化学提供了一个从单分子到晶体水平的设计各种高能框架材料的平台，这类设计策略常常可以提升含能框架材料的稳定性并且有利于通过更为绿色的路径引入高能基团。

各类高能量密度框架材料

根据富氮氧唑类具有配位键、氢键、离子键等作用位点的特性，提出利用框架材料的设计原则，将高能敏感的富氮氧含能化合物稳定到由配位键、氢键、离子键和共价键等非共价或共价相互作用构筑的框架中，以解决富氮氧等含能组分化学稳定性差的不足。本文从配位键主导的含能金属有机框架材料出发，分别介绍了离子键构筑的含能钙钛矿、氢键构筑的含能氢键有机骨架以及通过共价键构筑的含能共价有机骨架等几类含能框架材料，并详细论述了各类含能框架材料的制备方法以及其对能量密度与稳定性的影响规律。该综述有望为新型高能量密度框架材料的设计制备应用等提供参考。

附作者简介：

尹平，北京理工大学材料学院教授，博士生导师。入选“海外高层次青年人才计划”和北京理工大学“特立青年学者”，中国工程物理研究院客座教授和《含能材料》青年编委会委员。长期从事氮杂环合成化学及含能材料的研究工作，在 Acc. Chem. Res.、JACS、ACIE.、Nat. Comm., Chem. Eng. J.和J. Mater. Chem. A等国际期刊发表 SCI 收录论文 60 余篇，其中2篇入选 “ESI高被引文章”，近五年来研究论文共计引用2700余次。承担了多个国家自然科学基金和省部级项目。

庞思平，教育部“长江学者”特聘教授、北京理工大学教授、博士生导师、现任北京理工大学副校长和党委副书记。主要从事含能材料/有机功能材料的设计、合成及应用研究工作。以通讯作者在JACS、ACIE、Nat. Comm.和Sci. Adv.等国际期刊发表SCI收录论文等200余篇。先后入选教育部“长江学者”、国家“万人计划”科技领军人才、“百千万人才工程”国家级人选、科技部中青年领军人才、GF科技ZQ等人才计划，作为带头人入选GF科技创新团队。担任《Energetic Materials Frontiers》主编和《Propellants, Explosives, Pyrotechnics》、《兵工学报》和《含能材料》等期刊编委。研究成果获国家技术发明奖二等奖1项（排名1）、国防科技进步奖特等奖1项（排名1），教育部自然科学一等奖（排名1），获得何梁何利基金科技创新奖和中国兵工学会科学技术奖特等奖等奖项。

来祺，北京理工大学材料学院助理教授，硕士生导师。长期从事基于富氮唑类材料的设计合成与性能研究。作为项目负责人主持国家自然科学基金青年项目1项，主持博士后面上基金1项；作为项目骨干参与多个国家和省部级项目。以第一作者身份或通讯作者在Nat. Commun., Chem. Eng. J., Appl. Mater. Interfaces和Org. Lett.等期刊发表论文十余篇。

本文来自：北京理工大学。

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