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二茂铁类燃速催化剂因其具有良好的燃烧催化性能、可燃性、分散性、热稳定性、相容性良好等优点在固体推进剂中得到广泛的应用。目前可以进行商品化生产的二茂铁类燃速催化剂主要有2,2-双(乙基二茂铁基)丙烷、正丁基二茂铁、辛基二茂铁、双乙基二茂铁基甲烷等。它们虽然具有一定的催化效果,但在应用中还是存在一些问题:(1)使得固体推进剂在空气中的稳定性大大降低;(2)非官能团衍生物的迁移会极大的增加了推进剂药柱暴露表面的老化现象;(3)由于一些固体衍生物易迁移,因此只能低浓度使用。为解决此类问题,我们设计合成了一系列新型的二茂铁配合物类燃速催化剂,降低商品化二茂铁燃速催化剂的迁移性和挥发性,增加推进剂的放热量,提高推进剂的能量水平。本论文的研究内容如下:(1)以过渡金属离子为中心阳离子,二茂铁甲基三氮唑(FcMTz),二茂铁甲基咪唑(FcMIz)为配体,以苦味酸钠(PA)、三硝基间苯二酚钠(TNR)、1,1,3,3-四氰根丙烯酸钾(TCP)为阴离子,设计合成了 60 种二茂铁离子型金属配合物([M(L)4(H20)2]m(Y)n:M= Cr3+,Mn2+,Fe2+,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,Cd2+,Bi3+,Pb2+.L=FcMTz,FcMIz.Y=PA,TNR,TCP.m=1,2.n=2,3)。合成过程简单,易于纯化分离,所选用的试剂为水或少量乙醇对环境友好,合成成本低。通过X-射线单晶衍射技术(化合物1,3,4,7,8和10),傅里叶变换红外光谱、紫外光谱、EA等技术对所合成的配合物的分子结构进行了表征。(2)对所合成的配合物利用TG技术评价其热稳定性。结果表明所制备的配合物均具有良好的热稳定性,对比实验数据,阴离子为1,1,3,3-四氰根丙烯酸根的配合物的热稳定性要明显优于阴离子为多硝基酚的配合物,且中心过渡金属的不同并不会对其热稳定性有明显影响。(3)通过循环伏安法测试了化合物1-60的氧化还原性能。研究发现新化合物氧化还原电位均高于中性二茂铁类燃速催化剂NBF和TBF,表明它们抗氧化能力强于NBF和TBF;另外这些化合物均具有氧化还原不可逆性。(4)利用DSC技术评价了化合物1-60的燃烧催化性能。研究发现,向固体推进剂主组分高氯酸铵(AP)中加入质量分数为5 wt.%的化合物1-60,其分解峰温提前,放热量有明显的提高,最多可达到-2270J·g-1。同样的将所合成的配合物添加到黑索金(RDX)中时,发现其最佳添加比为5 wt.%,其分解峰温从237.0 ℃提前至217.2 ℃,放热量从-830.6 J.g-1增加到-1783.1 J·g-1。所合成的化合物添加入奥克托金(HMX),只有部分化合物对HMX的热分解具有催化作用,说明所合成的配合物对HMX的燃烧催化效果有限。(5)通过TG-IR-GC-MS联用技术及DSC技术测量得到化合物1及化合物1与AP、RDX、HMX以1:4混合燃烧时的热分解特性。分析化合物1在热分解时所产生的气态产物,简单的推测了化合物1的分解过程:首先是配位水和结晶水的失去,然后失去的是部分配体二茂铁甲基三氮唑,然后失去阴离子,最终剩余金属氧化物残渣。化合物1对AP、RDX、HMX有一定的催化作用,它可以使AP的活化能从140.615kJ·mol-1降到89.33kJ·mol-1,RDX的活化能从170.515 kJ·mol-1 降至 150.23 kJ·mol-1,HMX 的活化能从 541.682 kJ·mol-1 降至 346.772 kJ·mol-1。综上所述,本文合成了 60种具有较好热稳定性的二茂铁高氮离子配合物。这些化合物抗氧化能力强,在常温常压下存放时不易被氧化,同时对固体推进剂主组分具有较好的燃烧催化效果,具有潜在的应用前景。