北理工團隊在《Accounts of Chemical Research》上發表封面文章
發布日期：2024-09-14 供稿：材料學院 攝影：材料學院
編輯：牟雪嬌 審核：程興旺 閱讀次數：
近日，北京理工大學龐思平教授團隊受邀在國際頂級期刊《Accounts of Chemical Research》（影響因子16.4）發表了題為《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展。課題組突破傳統含能材料的設計思維，2013年在國際上首次提出了三維含能金屬有機骨架材料設計思路，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），受到了國內外學者的廣泛關注。
三維含能金屬有機骨架（3D-MOFs）材料
十余年來，國內外含能材料團隊相繼報道了數百篇高能框架主題的高水平文章，為傳統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型高能框架材料方面的研究，團隊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計與合成驗證（Nat. Commun. 2022, 13, 6937; ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 21849），進一步展示了含能材料與框架化學的交叉創新潛力。課題組相關工作得到了國家自然科學基金國際合作與交流項目和重點項目等基金的資助。本文的通訊作者為北京理工大學材料學院的尹平教授、愛達荷大學化學系的Shreeve教授和北京理工大學材料學院的龐思平教授，北京理工大學材料學院助理教授來祺為第一作者。
尺寸匹配策略構筑高能氫鍵框架材料
框架化學提供了通過調整構筑單元結構來系統設計具有不同孔隙的多孔材料的機會。其中，框架材料在設計新型含能材料方面表現出獨特優勢。含能材料廣泛應用于火箭、衛星、采礦和深地探測等領域。就高能材料而言，含能基團和富氮雜環是高能量密度化合物的基本組成單元。然而，在分子水平上設計高能密度材料的傳統方法面臨著能量與穩定性之間平衡的挑戰。基于含能組分間的非共價相互作用（如配位、離子鍵和氫鍵）和/或共價相互作用，框架化學提供了一個從單分子到晶體水平的設計各種高能框架材料的平臺，這類設計策略常常可以提升含能框架材料的穩定性并且有利于通過更為綠色的路徑引入高能基團。
各類高能量密度框架材料
根據富氮氧唑類具有配位鍵、氫鍵、離子鍵等作用位點的特性，提出利用框架材料的設計原則，將高能敏感的富氮氧含能化合物穩定到由配位鍵、氫鍵、離子鍵和共價鍵等非共價或共價相互作用構筑的框架中，以解決富氮氧等含能組分化學穩定性差的不足。本文從配位鍵主導的含能金屬有機框架材料出發，分別介紹了離子鍵構筑的含能鈣鈦礦、氫鍵構筑的含能氫鍵有機骨架以及通過共價鍵構筑的含能共價有機骨架等幾類含能框架材料，并詳細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定性的影響規律。該綜述有望為新型高能量密度框架材料的設計制備應用等提供參考。
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，北京理工大學材料學院教授，博士生導師。入選北京理工大學“特立青年學者”，中國工程物理研究院客座教授和《含能材料》青年編委會委員。長期從事氮雜環合成化學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引用2700余次。承擔多個國家自然科學基金和省部級項目。
龐思平，北京理工大學教授、博士生導師。主要從事含能材料/有機功能材料的設計、合成及應用研究工作。以通訊作者在JACS、ACIE、Nat. Comm.和Sci. Adv.等國際期刊發表SCI收錄論文等200余篇。入選國家級人才計劃。擔任《Energetic Materials Frontiers》主編和《Propellants, Explosives, Pyrotechnics》《兵工學報》《含能材料》等期刊編委。研究成果獲國家技術發明獎二等獎1項（排名1）、省部級科技進步獎特等獎1項（排名1），教育部自然科學一等獎（排名1），獲得何梁何利基金科技創新獎和中國兵工學會科學技術獎特等獎等獎項。
來祺，北京理工大學材料學院助理教授，碩士生導師。長期從事基于富氮唑類材料的設計合成與性能研究。作為項目負責人主持國家自然科學基金青年項目1項，主持博士后面上基金1項；作為項目骨干參與多個國家和省部級項目。以第一作者身份或通訊作者在Nat. Commun., Chem. Eng. J., Appl. Mater. Interfaces和Org. Lett.等期刊發表論文十余篇。
分享到：