黑索金与硝酸脲复合物密度泛函研究

刘畅　贺新字　刘福强　王树涛

摘 要：为了研究黑索金与硝酸脲复合物分子间的相互作用，判断其能否形成共晶体，运用DFT方法，在B3LYP/6-311+G（d，p）水平下研究了黑索金与硝酸脲复合物的三种结构，从NBO角度分析了两种组分相互作用的本质，结果表明，其复合物相互作用主要来源是氢键;计算了三种复合物的相互作用能，其中结构2的相互作用能最大，为18.9 kj/mol，所形成的结构最稳定，所以共晶体更倾向于形成结构2。

关键词：黑索金;硝酸脲复合物;氢键;共价键

中图分类号：TQ560.1

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.029

1 引言

炸药共晶作为一种新型改性技术，是指在由两种或两种以上分子通过分子间氢键或其他非共价键的作用下，以固定的化学计量比结合而成的结构单元按次序重复排列的多组分分子晶体。国内外研究者对含能材料共晶做了大量的工作。LANDENBERGER用17种非芳香族有机物和TNT结合，制得共晶，研究所得共晶体性能后发现，共晶体感度极大降低;OSMONT等用从头算法计算了常用的42种含能材料热力学参数。赵海龙[1]基于DFT理论计算了CL-20与NQ以及HMX与LLM-105之间的分子间作用力，表明CL-20与NQ以及HMX与LLM-105之间可以形成分子间氢键。陶俊等[2]用MD方法模拟了摩尔比为2：1的CL-20/HMX共晶体系，结果表明共晶能够显著改善体系的抗形变能力和延展性，使CL-20感度降低，共晶体的内聚能密度（CED）较单独混合高。杨文升等[3]基于DFT理论研究了4种HMX/NQ共晶结构，得到HMX/NQ共晶的分子间作用本质是一系列弱氢键和范德华力的共同作用。

2 结果与分析

2.1 计算方法及优化结构

RDX和硝酸脲的初始结构如图1所示，在B3LYP/6-311+G（d，p）水平下分别进行优化。通过分析两个分子间可能出现氢键的位置，猜测出三种复合物结构，使用DFT方法在B3LYP/6-3II+G（d，p）水平下进行结构优化，计算收敛阈值取程序默认值，最终优化出三种无虚频的结构，如图2所示。

2.2 NBO分析

考察所有复合物结构的NBO数据，黑索金与硝酸脲NBO的结果如表1所示。

3 結论

NBO分析表明，结构1存在两对氢键，结构2存在三对氢键，结构3除氢键外还存在其他的相互作用。三种共晶体结构相互作用力大小分别为11.6 kJ/mol、18.9 kJ/mol、12.0 kJ/mol.其中结构2相互作用能最大，形成结构最稳定，所以共晶体形成过程中趋向与形成结构2。

参考文献：

[1]赵海龙.新型钝感含能材料共晶研究[D].太原：中北大学，2014.

[2]陶俊，王晓峰，赵省向，等.CL-20/HMX共晶与混合物的分子动力学模拟[J].含能材料，2016，24（4）：324-330.

[3]杨文升，苟瑞君，张树海，等.HMX/NQ共晶分子间相互作用的密度泛函理论研究[J].火炸药学报，2015，38 （ 6）： 78-86.