九碳基二铁压致聚合的研究

作     者：彭冬兰 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：包括

授予年度：2024年

学科分类：082604[工学-军事化学与烟火技术] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0826[工学-兵器科学与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：高压相储能 高能量密度材料 聚合物一氧化碳 Fe2(CO)9 

摘      要：压致聚合储能是突破目前常规含能材料能量密度瓶颈的重要手段。已知的金属氢、聚合氮等压致高压相储能材料具有制备压力高,常规条件难以使用等缺点,极大地限制了对它们的应用。而压致聚合一氧化碳虽然生成压力较低,可以保留到常规条件下,但是其稳定性依然制约了其应用。采用化学钝化和掺杂金属杂质等物理和化学修饰手段,可以提高聚合物CO的稳定性。因此,本论文创新性地以含有过渡金属铁的九羰基二铁(Fe2（CO）9)为研究对象,使用自主改进的拉曼表征系统和自主搭建的外部激光刺激下样品响应观测系统,对Fe2（CO）9在不同条件下的压致聚合和生成物稳定性、激光诱导下反应开展了研究。具体研究结果如下: 1.改进了针对碳氧聚合物研究的高压拉曼表征系统。成功解决了杂散光和强荧光背底对信号的干扰、低波数信号采集等问题,经测试表现出良好的工作品质,并在后续的研究中使用。 2.自主搭建了一套低成本的可对微米级微量样品开展由可控功率激光激发,对样品受激后状态进行ms级响应状况自动记录的观测系统,通过对几种常见含能材料的测试,证明了其能够解决目前高压合成高含能材料释能状况的初步表征的需求。 3.重复了前人对纯CO压致聚合的实验,验证了CO在4.5 GPa开始聚合,发现了聚合CO的光敏性受到压力影响,更高的合成压力可以提升聚合物稳定性。 4.探究了Fe2（CO）9在不同温度和压力下的性质具体成果如下: （1）室温条件下Fe2（CO）9在10.5 GPa的压力下开始释放羰基,并形成CO聚合物,当压力达到31 GPa,羰基完全解离。依据拉曼光谱和紫外吸收光谱,对加压过程中Fe2（CO）9内部键合变化进行了系统地分析。对31 GPa下获得的样品进行了回收,发现其可在常规条件下长期保存,在受激光激发后释能。 （2）分别在373 K、473 K、523 K下,对Fe2（CO）9压力下的性质进行了研究。发现Fe2（CO）9中Fe-CO键随温度增加更易断裂,在较室温更低的压力下分解出羰基并发生聚合。在523K的温度下,Fe2（CO）9先分解生成Fe（CO）5,随着压力的升高而发生聚合,回收此条件生成的含铁聚合物CO测试表明,发现该样品更易受激且释能过程更加猛烈。 综上,我们成功搭建了应用于后续研究的表征平台,获得了以Fe2（CO）9在不同热力学条件下压制聚合储能的性质,并对其中经历的物理化学过程有了一定的了解。本工作对压致高含能材料的制备研究和应用研究积累了重要数据。