成果依托单位：南京理工大学-先进微纳米材料及装备协同
创新中心
主要完成单位：南京理工大学
成果简介：
全氮含能物质是近些年发展起来的新一代含能材料，因为基本都
由氮组成，这类物质爆炸产物主要是氮气，从环保角度来讲更安全绿
色，不会产生有毒气体，而且氮气不易被检测，在军事上也具有低信
号的优点。更重要的是，全氮结构本身亚稳定，容易分解并释放出大
量的能量，因此有望提高火炸药的能量水平，实现远程高效毁伤。该
研究的瓶颈技术之一是 N5ˉ离子的合成。
本成果成功设计了一种从芳基五唑制备含全氮阴离子（N5ˉ）化
合物的新方法，首次制得室温下稳定、含有 N5ˉ离子的盐
(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl。热分析结果显示其分解温度高达116.8℃，
具有非常好的热稳定性，该工作发表在 Science 上（2017, 353 (6323),
374-376）。该物质的成功合成是 N5ˉ离子高能化合物合成里程碑性
的一步，更对全氮化合物合成具有重要的科学意义。
在此基础上，本成果创新性地通过氧化切断芳基五唑的C-N 键，
得到了稳定的 NaN5水合物，重结晶得到[Na(H2O)(N5)]·2H2O，用高
分辨质谱和15N核磁表征确证了其结构。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。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。该系列含能金属
配合物，除了五唑钴配合物外，其他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，该工作发表在 Nature 上（2017, 549,
78-81）。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。
研究成果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。该论文为我国含能材料研究领域首次在《Science》，《Nature》
发表的基础科学论文，标志着我国含能材料基础研究的一些研究方向
处于国际前沿。