中北大学冯永安课题组Nature Communications：一种有前景的钙钛矿起爆药

中北大学冯永安课题组在《Nature Communications》发表关于新型钙钛矿起爆药的研究成果，该双钙钛矿型起爆药具有绿色、低成本、强点火性能和良好稳定性等优势，为解决民爆行业基础点火材料匮乏问题提供了新途径。具体介绍如下：论文基本信息第一作者：冯永安、张计传通讯作者：冯永安、张嘉恒、Jean′ne M. Shreeve通讯单位：中北大学、哈尔滨工业大学、美国爱达荷大学论文DOI：10.1038/s41467-023-43320-0研究背景起爆药的作用：装填于各类火工品、航空航天器和军事武器中，用于引燃火药、引爆炸药，完成点火、打开活门、解除保险等动作。传统起爆药的分类及问题过渡金属基起爆药：存在重金属高毒性问题，不符合绿色、生态、环保要求。钾基起爆药：合成过程复杂、条件苛刻、产率低、成本高，起爆能力相对较弱。有机起爆药：重氮基和叠氮基在光照或加热条件下易发生反应，导致产品变质，影响质量稳定性和点火可靠性。研究需求：开发绿色、低成本、强点火性能和稳定的起爆药。研究内容起爆药设计双钙钛矿型起爆药：为A2BBX6型，选取高碘酸根离子（IO4-）作为X位点，因其具有强氧化能力和可接受的感度；选择无毒阳离子Na+和NH4+分别位于B和B位点，有利于形成紧凑结构，增强生物相容性；A位点选择有效半径为3.39 ?的三乙烯二胺(dabco)，以获得最大的晶体密度和填充系数。合成涉及的阳离子和阴离子都是常见稳定物质，对环境友好。合成方法简单绿色经济：将三乙烯二胺(1M)和氯化铵(2M)溶解于水中，室温下剧烈搅拌，加入高碘酸钠(6M)水溶液，目标物质DPPE-1在几秒内快速沉淀，产率最高可达72％。自组装过程：涉及H2dabco2+与IO4-之间的氢键、NH4+和IO4-之间的氢键以及H2dabco2+、NH4+和IO4-之间的库仑力三种离子间相互作用。结构特点多级结构：DPPE-1具有一级、二级、三级和四级结构。在晶胞中，Na+与6个IO4-结合形成扭曲的八面体结构，再通过氢键和库仑力与6个相邻的NH4+连接形成较大的八面体结构，八面体沿着三个轴扩展形成有八个空腔的规则立方体框架，每个空腔被三乙烯二胺阳离子(H2dabco2+)占据，在氢键辅助下形成独特的双四面体构型，填充系数高达80.7%。稳定性环境稳定性：在空气中暴露6个月或在潮湿环境中暴露几天，颜色和形态无变化；光稳定性测试表明，在阳光直射2小时和照射30天后仍保持原始状态，粉末x射线衍射分析证实了这一点。热稳定性：热分解起始温度为161.3℃，满足大部分军用和民用需求。点火性能评估穿透铅板实验：装药量为20mg和10mg时，成功穿透5mm厚的铅板；装药量减少到5mg，也能引爆RDX穿透铅板。性能对比：点火性能远优于已报道的绿色起爆药（如DDNP、ICM-103、ANTPA、K2DNABT和K2DNAT）。总结与展望研究成果总结：DPPE-1由有机-无机双钙钛矿结构组成，合成简单、绿色，大部分分解产物无毒或毒性较小。具有优异的综合性能，如高氧平衡(-4.52%)、高晶体密度(2.88g cm?3）、高填充因子（80.7%）、良好的环境耐性、较好的热稳定性和可接受的机械感度，尤其是超高的点火性能。未来研究方向：寻找热分解温度高于200°C甚至250°C的钙钛矿型绿色起爆药。研究意义：DPPE-1的发现很可能成为材料科学和工程技术的一项启发性工作。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43320-0