高能离子液体4-氨基-1-甲基-1,2,4-三唑硝酸盐的合成、热分解动力学及推进剂应用研究

　　本研究针对含能材料领域对高性能离子液体(EILs)的需求，合成了4-氨基-1-甲基-1,2,4-三唑硝酸盐(AMTN)，通过FT-IR、TG、LC-MS等多技术表征，结合非等温热重分析揭示了其单阶段分解特性(180-260°C)及N2 O等主要热解产物。采用Vyazovkin等转化法首次阐明Ea 与转化率(α)的强相关性(平均Ea =114.6 kJ/mol)，为含能增塑剂在固体推进剂中的应用提供理论支撑。

　　

在含能材料领域，传统推进剂和炸药面临能量密度与安全性难以兼顾的挑战。含能离子液体(Energetic Ionic Liquids, EILs)因其可设计的分子结构、低蒸气压和高氮含量成为研究热点，其中4-氨基-1-甲基-1,2,4-三唑硝酸盐(AMTN)因玻璃化温度低至-54°C且分解温度>200°C，被视作理想含能增塑剂候选。然而，其热分解机制与动力学参数尚不明确，制约其在推进剂中的应用。针对这一科学问题，国内研究人员在《Journal of Ionic Liquids》发表论文，系统研究了AMTN的合成表征、热解特性及动力学行为。

研究采用非等温热重分析(TGA)结合多加热速率法(5-20°C/min)获取分解数据，通过Py-GC/MS鉴定300°C下的热解产物，并运用Vyazovkin等转化法与Kissinger方程进行动力学建模。密度泛函理论(DFT)计算用于预测热化学性质，EXPLO5代码评估爆轰参数。

3. 结果与讨论
3.1 合成与表征
AMTN通过甲基碘烷基化及硝酸银阴离子置换合成，FT-IR显示特征峰：3460 cm^-1
(N-H)、1386 cm^-1
(N-O)等。LC-MS证实阳离子[AMT]⁺
(m/z 99.12)和阴离子[NO₃
]^-
(m/z 62.01)的存在。

3.2 热分解行为
TGA显示单阶段分解(180-260°C)，残留量18%。升温速率提高使特征温度(T_p
)从228°C(5°C/min)升至250°C(20°C/min)。Py-GC/MS检测到N₂
O、1-甲基-1,2,4-三唑等产物，提出N₄
-N键断裂引发分解的新机制。

3.3 动力学分析
Kissinger法得E_a
=126.6±14.1 kJ/mol，Vyazovkin法揭示E_a
随α(0.08-0.94)升高，表明竞争反应机制存在。平均E_a
(114.6 kJ/mol)与Kissinger结果吻合。

3.4 性能预测
Born-Haber循环计算ΔH_f
⁰
=+95.62 kJ/mol，密度1.527 g/cm³
。理论模拟显示AMTN替代传统增塑剂DOA可使ADN-GAP推进剂比冲提升7.7秒。

4. 结论
该研究首次阐明AMTN的竞争性热解路径及动力学特征，其低玻璃化温度与高分解稳定性的平衡特性，为设计新一代含能增塑剂提供关键参数。发现的N₂
O主导分解机制对评估含能材料环境效应具有启示意义，而理论预测的推进剂性能提升为后续实验验证奠定基础。