含能材料在军事领域的广泛使用促使其不断发展创新,制备具有更高爆轰性能、更低感度、更好化学与热安定性的新型含能化合物是含能材料领域研究的热点。含能材料由传统CHON型含能化合物到高氮含能化合物的转变使氮杂环化合物（如:噁二唑,三唑,四唑等）受到广泛的关注。现代新型含能材料的设计不仅考虑分子的组成,也注重化合物的晶体结构与分子间弱相互作用力对含能化合物性能的影响,即更加注重探索含能化合物结构与性能之间的内在关系。本论文以具有高密度、高氧含量的噁二唑与具有高氮含量、高生成焓的四唑为研究对象,对这两个含能单元进行不同的含能基团官能化以及不同的分子结构组装,设计并合成出系列新型噁二唑与四唑基含能化合物,分析并探讨分子与晶体结构对含能化合物的物化与含能性质的影响。本论文包括含能有机化合物与含能金属配合物两大类,并主要分为以下五个部分:1.四环噁二唑含能化合物的合成与性能研究以联氨[-NH-NH-],偶氮[-N=N-]和氧化偶氮[-N=N（O）-]为含能官能桥,合成制备出14个四环噁二唑化合物,结构由多种表征方法和单晶X射线衍射确定。分子间的大量氢键作用使化合物表现出优良的热稳定性（204-322℃）。研究了这些化合物的爆轰性能与机械感度,肼盐表现出优良整体性能,爆速为9043 m·s-1,爆压为35.0GPa,撞击感度大于40 J,摩擦感度大于360 N。以环与环直接连接的方式将四个噁二唑环组装,合成出13个硝氨基官能化的四环噁二唑含能化合物,结构通过多种表征方法和单晶X射线衍射确定。离子盐的形成使母体化合物的热分解温度由84℃提高到187-303℃。从N-NO2的键长和键解离能,氢键的形成,分子表面静电势和弱相互作用的角度分析热稳定性提高的原因。羟胺盐表现出优良的整体性能,爆速为9030 m·s-1,爆压为36.0 GPa,撞击感度为12 J,爆压为180 N,分解温度为187℃,具备良好的应用前景。2.叠氮四唑羟胺离子盐及其羟胺加合物的合成与性能研究以叠氮四唑与不同当量的羟胺反应分别得到羟胺离子盐与羟胺加合物,结构由单晶X射线衍射确认。羟胺分子的引入使离子盐2D氢键结构转变为加合物3D氢键结构,提高热稳定,降低感度。研究了化合物的弱相互作用以及羟胺分子在结构中起到的作用。羟胺加合物爆速为9307 m·s-1,爆压为32.5 GPa,撞击感度为10 J,摩擦感度为140 N。3.二硝胺亚甲基桥联的呋咱四唑含能化合物的合成与性能研究以二硝胺亚甲基[-N（NO2）-CH2-N（NO2）-]为含能官能桥,合成出3个呋咱含能化合物,其结构通过单晶X射线衍射确定结构。二硝胺亚甲基呋咱四唑呈现独特的U型分子结构与3D立体层状晶体排布,使其表现出良好的机械感度。同时,该化合物在所有与它具有类似结构的化合物中具有最好的爆轰性能,爆速为9043 m·s-1,爆压为35.6 GPa,优于RDX。4.碱金属呋咱配合物绿色起爆药的合成与性能研究以碱金属（钠,钾,铷,铯）离子与多氮多氧的呋咱含能配体(DBMF2-)配位得到4个金属配合物,经过单晶X射线衍射确认分子结构。DBMF2-呈现不同的U型和N型结构,通过量子计算分析其能量变化以及不同构型下的电子云密度对配位环境的影响。钠和钾配合物的爆速分别为8212 m·s-1和8227 m·s-1,撞击感度分别为4 J和2 J,优于叠氮化铅。同时这两个配合物对环境的影响远小于叠氮化铅,可被用作绿色起爆药。5.银四唑配合物正氧平衡起爆药的合成与性能研究以银离子,单环四唑配体与富氧阴离子配位得到5个金属配合物,结构由单晶X射线衍射确认。从单晶结构的角度对这些配合物的晶胞堆积进行分析,研究不同四唑配体对配合物结构的影响。这些金属配合物具有高密度(3.12-3.60 g·cm-3)与优异的热稳定性（251-348℃）。这些配合物的撞击感度为1-5 J,摩擦感度为2-50 N,属于起爆药,利用爆炸（起爆）实验比较这几个配合物起爆性能的区别。利用三种氧平衡方法（理论计算,爆炸方程与燃烧实验）确认由银离子,5-硝基四唑配体和硝酸根与高氯酸根配位的两个配合物呈现出正氧平衡。