北理工團(tuán)隊(duì)在《Accounts of Chemical Research》上發(fā)表封面文章
發(fā)布日期：2024-09-14 供稿：材料學(xué)院 攝影：材料學(xué)院
編輯：牟雪嬌 審核：程興旺 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學(xué)龐思平教授團(tuán)隊(duì)受邀在國際頂級(jí)期刊《Accounts of Chemical Research》（影響因子16.4）發(fā)表了題為《Thinking Outside the Energetic Box: Stabilizing and Greening High-Energy Materials with Reticular Chemistry》的綜述文章。
本文總結(jié)了高能量密度框架材料綜合性能提升和綠色化方面取得的主要進(jìn)展,。課題組突破傳統(tǒng)含能材料的設(shè)計(jì)思維,，2013年在國際上首次提出了三維含能金屬有機(jī)骨架材料設(shè)計(jì)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）,，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,。
三維含能金屬有機(jī)骨架（3D-MOFs）材料
十余年來，國內(nèi)外含能材料團(tuán)隊(duì)相繼報(bào)道了數(shù)百篇高能框架主題的高水平文章,，為傳統(tǒng)的含能材料研究開辟出了新的賽道,。基于課題組先前在金屬型和共價(jià)型高能框架材料方面的研究,，團(tuán)隊(duì)成員通過高能主客體尺寸匹配和富氮配體分子編輯等策略,，完成了一系列氫鍵含能框架材料的設(shè)計(jì)與合成驗(yàn)證（Nat. Commun. 2022, 13, 6937; ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 21849），進(jìn)一步展示了含能材料與框架化學(xué)的交叉創(chuàng)新潛力,。課題組相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金國際合作與交流項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目等基金的資助,。本文的通訊作者為北京理工大學(xué)材料學(xué)院的尹平教授、愛達(dá)荷大學(xué)化學(xué)系的Shreeve教授和北京理工大學(xué)材料學(xué)院的龐思平教授,，北京理工大學(xué)材料學(xué)院助理教授來祺為第一作者,。
尺寸匹配策略構(gòu)筑高能氫鍵框架材料
框架化學(xué)提供了通過調(diào)整構(gòu)筑單元結(jié)構(gòu)來系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有不同孔隙的多孔材料的機(jī)會(huì)。其中,，框架材料在設(shè)計(jì)新型含能材料方面表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢,。含能材料廣泛應(yīng)用于火箭、衛(wèi)星,、采礦和深地探測等領(lǐng)域,。就高能材料而言，含能基團(tuán)和富氮雜環(huán)是高能量密度化合物的基本組成單元,。然而,，在分子水平上設(shè)計(jì)高能密度材料的傳統(tǒng)方法面臨著能量與穩(wěn)定性之間平衡的挑戰(zhàn)?；诤芙M分間的非共價(jià)相互作用（如配位,、離子鍵和氫鍵）和/或共價(jià)相互作用，框架化學(xué)提供了一個(gè)從單分子到晶體水平的設(shè)計(jì)各種高能框架材料的平臺(tái),，這類設(shè)計(jì)策略常?？梢蕴嵘芸蚣懿牧系姆€(wěn)定性并且有利于通過更為綠色的路徑引入高能基團(tuán)。
各類高能量密度框架材料
根據(jù)富氮氧唑類具有配位鍵,、氫鍵,、離子鍵等作用位點(diǎn)的特性，提出利用框架材料的設(shè)計(jì)原則,，將高能敏感的富氮氧含能化合物穩(wěn)定到由配位鍵,、氫鍵、離子鍵和共價(jià)鍵等非共價(jià)或共價(jià)相互作用構(gòu)筑的框架中,，以解決富氮氧等含能組分化學(xué)穩(wěn)定性差的不足,。本文從配位鍵主導(dǎo)的含能金屬有機(jī)框架材料出發(fā),，分別介紹了離子鍵構(gòu)筑的含能鈣鈦礦、氫鍵構(gòu)筑的含能氫鍵有機(jī)骨架以及通過共價(jià)鍵構(gòu)筑的含能共價(jià)有機(jī)骨架等幾類含能框架材料,，并詳細(xì)論述了各類含能框架材料的制備方法以及其對能量密度與穩(wěn)定性的影響規(guī)律,。該綜述有望為新型高能量密度框架材料的設(shè)計(jì)制備應(yīng)用等提供參考。
論文詳情：Qi Lai, Yangyang Long, Ping Yin,* Jean’ne M. Shreeve* and Siping Pang* Thinking Outside the Energetic Box: Stabilizing and Greening High-Energy Materials with Reticular Chemistry. Accounts of Chemical Research, 2024, 10.1021/acs.accounts.4c00330.
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.accounts.4c00330
附作者簡介：
尹平,，北京理工大學(xué)材料學(xué)院教授,，博士生導(dǎo)師,。入選北京理工大學(xué)“特立青年學(xué)者”,，中國工程物理研究院客座教授和《含能材料》青年編委會(huì)委員。長期從事氮雜環(huán)合成化學(xué)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等國際期刊發(fā)表SCI收錄論文60余篇,，其中2篇入選“ESI高被引文章”，近五年來研究論文共計(jì)引用2700余次,。承擔(dān)多個(gè)國家自然科學(xué)基金和省部級(jí)項(xiàng)目,。
龐思平，北京理工大學(xué)教授,、博士生導(dǎo)師,。主要從事含能材料/有機(jī)功能材料的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用研究工作,。以通訊作者在JACS,、ACIE、Nat. Comm.和Sci. Adv.等國際期刊發(fā)表SCI收錄論文等200余篇,。入選國家級(jí)人才計(jì)劃,。擔(dān)任《Energetic Materials Frontiers》主編和《Propellants, Explosives, Pyrotechnics》《兵工學(xué)報(bào)》《含能材料》等期刊編委。研究成果獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排名1）,、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排名1）,，教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（排名1），獲得何梁何利基金科技創(chuàng)新獎(jiǎng)和中國兵工學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng),。
來祺,，北京理工大學(xué)材料學(xué)院助理教授，碩士生導(dǎo)師,。長期從事基于富氮唑類材料的設(shè)計(jì)合成與性能研究,。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，主持博士后面上基金1項(xiàng),；作為項(xiàng)目骨干參與多個(gè)國家和省部級(jí)項(xiàng)目,。以第一作者身份或通訊作者在Nat. Commun., Chem. Eng. J., Appl. Mater. Interfaces和Org. Lett.等期刊發(fā)表論文十余篇,。
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