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• 文章导读

高性能含能材料是推进剂、炸药和气体发生剂等国防与工业领域的关键基础材料。随着航空航天、深地探测等极端环境应用的发展，含能材料不仅需要具备高能量密度，还必须兼具优异的耐热性和安全性。然而，传统含能材料往往存在热稳定性不足、感度较高等问题，难以满足高温条件应用需求。近年来，研究者逐渐认识到，决定含能材料性能的不仅是分子本身，更重要的是其晶体中分子间相互作用及晶格结构。通过调控氢键、π-π堆积和金属配位等非共价相互作用，实现晶格的致密堆积和协同稳定，已成为提升含能材料综合性能的重要策略。其中，富氮的1,2,4,5-四嗪骨架兼具高氮含量、良好的平面性以及丰富的氢键作用位点，是构筑高密度、高耐热含能材料的理想平台，但如何充分发挥其晶格工程优势仍有待深入研究。

针对上述挑战，美国爱达荷大学Jean'ne M. Shreeve教授团队以四嗪骨架为核心，设计构筑了一系列新型四嗪基含能材料，并提出了两种互补的晶格工程策略：质子化盐中的氢键导向组装和硝胺钾衍生物中的配位驱动组装。其中，质子化体系依靠协同的N–H⋯O/N氢键和π–π堆积作用形成致密离子晶格。钾盐体系则利用金属离子桥接作用构筑了配位增强型框架，进一步增强晶格稳定性。所得材料表现出优异的综合性能，包括最高1.93 g cm^-3的晶体密度、最高299 ℃的分解温度、适中的机械感度，实现了性能与安全性的良好平衡，在高温含能体系中具有广阔的应用前景。

图文摘要

上述成果发表在Industrial Chemistry & Materials，题为：Hydrogen atom transfer carbonylation for aliphatic carboxylic acid derivative synthesis。欢迎扫描下方二维码或者点击下方链接免费阅读、下载！

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https://doi.org/10.1039/d6im00151c

• 本文亮点

★ 提出氢键与配位双晶格工程策略，构筑高性能四嗪基含能材料；

★ 所得材料实现了材料热稳定性、晶体密度和安全性的协同提升；

★ 为高性能耐热含能材料的设计提供了一种具有普适性的策略。

• 图文解读

• 总结与展望

本研究以富氮四嗪骨架为基础，通过氢键导向组装与金属配位驱动组装两种互补的晶格工程策略，实现了对分子间相互作用和晶格结构的精准调控，成功构筑了一系列兼具高密度、高热稳定性、适中感度和优异含能性能的新型四嗪基含能材料。其中，部分化合物的分解温度达到299 ℃，明显优于多数传统含能材料，充分验证了利用晶格工程提升耐热性能的可行性。

本研究进一步确立了四嗪骨架作为可编程晶体工程平台的应用潜力。通过氢键作用或金属配位作用两种不同途径调控晶格结构，实现了密度、安全性与热稳定性的协同优化，为高性能耐热含能材料的设计提供了一种具有普适性的策略。这些研究结果为面向高温环境和工业应用需求的新一代含能材料设计提供了重要的理论基础和设计依据。

编辑/排版：ICM编辑部

文章信息

J. Singh, R. J. Staples and J. M. Shreeve, Thermally robust tetrazine-based energetic materials via hydrogen-bond and coordination engineering for practical high-temperature applications, Ind. Chem. Mater., 2026, DOI: 10.1039/d6im00151c.

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