8月28日，国际顶尖学术杂志《自然》（Nature，IF：40.14）主刊发表了我校化工学院陆明教授课题组的研究论文： A series of energetic metal pentazolate hydrates（系列水合五唑金属盐含能化合物。Nature，2017，DOI：10.1038/nature23662），（论文作者：共同第一作者博士研究生许元刚和王乾，申程、林秋汉以及共同通讯作者陆明教授和王鹏程副教授）。该论文为我国含能材料研究领域首次在（Nature）发表基础科学论文，标志了我国含能材料基础研究的一些研究方向处于国际前沿；也是南京理工大学作为唯一完成单位首次在（Nature）主刊发表论文，是我校在含能材料领域取得的重大科研成果。





据介绍，该研究制备了全氮五唑阴离子的钠、锰、铁、钴和镁盐水合物，通过它们的单晶结构，首次系统地揭示了全氮五唑阴离子与金属阳离子的相互配位作用、与水的氢键作用，以及热稳定性规律，为研究全氮五唑阴离子与全氮阳离子组装，形成离子型全氮化合物材料，奠定了有力的科学基础支撑。研究对于推动氮化学和超高能含能材料的发展，提升改善制约我国武器装备整体性能的火炸药能量水平，具有非常重要的科学意义。



研究通过氧化切断芳基五唑的C-N键，得到了稳定的白色固体粉末NaN₅水合物，重结晶得到[Na(H₂O)(N₅)]?2H₂O，用高分辨质谱和¹⁵N核磁表征确证其结构。分别通过NaN₅水合物与MnCl₂, FeCl₂, Co(NO₃)₂, MgCl₂之间的离子交换反应，得到相应的化合物粗品，经重结晶后分别得到[Mn(H₂O)₄(N₅)₂]?4H₂O, [Fe(H₂O)₄(N₅)₂]?4H₂O, [Co(H₂O)4(N₅)₂]?4H₂O, 和[Mg(H₂O)₆(N₅)₂]?4H₂O，通过单晶X-射线衍射分析，确认了5个化合物的晶体结构。其合成过程和晶体结构见下图。




通过研究还发现，N₅^-离子可以通过离子或共价相互作用与金属阳离子配位，与水的氢键相互作用来稳定。该系列含能的金属-N₅^-配合物，除了五唑钴配合物外，其它4个五唑金属配合物具有分解温度高于100℃的良好热稳定性。鉴于其稳定性和能量特性，五唑金属配合物可以作为一类潜在的、新的高能量密度材料，或能用来开发仅由氮元素组成的超高能全氮材料。N₅^-离子在其键合相互作用方面的适应性，将为探索其它多种N₅^-配合物，例如新型金属茂的氮基类似物，非金属元素稳定的N₅^-配合物，以及高氮含能材料，提供科学依据和理论支撑。

据了解，陆明教授课题组长期从事全氮化合物、多氮化合物和耐热钝感高能化合物合成，以及药物中间体合成工艺和有机绿色化学研究；该课题组主持承担了含能材料相关领域的国家自然科学基金5项，以及多项预研项目的研究工作。陆明教授先后在Science、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Communications、Green Chemistry等国际重要学术期刊发表论文200余篇，其中180余篇被SCI和EI收录；出版炸药分子与配方设计、工业炸药配方设计、表面活性剂及其应用技术等中英文著作8部。

此外，本论文的研究工作得到国家自然科学基金项目（U1530101，51374131，11076017）的资助，同时也得到国家其它相关专项研究经费的大力支持。该论文3位审稿人为国际著名含能材料资深专家K. Christe (University of Southern California)、T. Klap?tke (Ludwig-Maximilians-Universit?t München)和H. Oestmark (Swedish Defence Research Agency, Stockholm)。