1月27日，国际期刊《Science》刊登了南京理工大学化工学院胡炳成教授团队的研究论文（Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N₅ˉ in (N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)₄Cl, Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aah3840）。该论文报道了一种从芳基五唑制备含全氮阴离子（N₅ˉ）化合物的方法，首次制备得到了其室温稳定的盐(N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)₄Cl。作者表示，这在N₅ˉ的合成和全氮含能材料的研究上取得了里程碑式的突破；这是我国在《Science》上发表的第一篇含能材料领域研究论文。Science期刊同期还配发了Karl O. Christe教授的评论性文章（Polynitrogen chemistry enters the ring, Science, DOI: 10.1126/science.aal5057）。 

　　含氮-氮单键或双键的多氮化合物降解成氮-氮三键的氮气分子，能放出巨大的能量，是含能材料研究领域的宠儿。只含氮的全氮化合物具有高能量密度、高生成焓、超高能量及爆轰产物清洁无污染等优点，有望超越性能已接近理论极限的传统CHON系含能材料，成为新一代超高能含能材料的代表。目前，该研究的热点之一是N₅ˉ离子的合成。然而，由于制备N₅ˉ离子的前驱体芳基五唑稳定性较差，同时，芳基五唑分子中N－N键的键能远小于C－N键的键能，这就意味着芳基五唑分子的N－N键远比C－N键更易于断裂，直接打断芳基五唑分子中的C－N键会导致五唑环的破裂而无法获得N₅ˉ离子，再加上N₅ˉ离子自身不稳定，致使采用常规方法切断芳基五唑分子中的C－N键来获取N₅ˉ离子非常困难。因此，自1956年芳基五唑被首次合成以来，N₅ˉ离子及其盐的研究工作一直没有取得实质性进展。 

　　胡炳成团队经过多年研究，在N₅ˉ离子的合成中取得了突破性进展。他们创造性地采用间氯过氧苯甲酸（m-CPBA）和甘氨酸亚铁[Fe(Gly)₂]分别作为切断试剂和助剂，与底物3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑作用，通过氧化断裂的方式选择性地切断芳基五唑分子中的C－N键（图1）。再经过后续过滤以及硅胶柱层析，以19%的收率得到室温下稳定、含有cyclo-N₅ˉ离子的盐(N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)₄Cl（白色固体，PHAC，图2）。热分析结果显示PHAC分解温度高达116.8 ℃，具有非常好的热稳定性。

　　图1：芳基五唑C－N键的选择性切断反应示意图，图来源：南京理工大学 

　　图2：N₅ˉ离子盐PHAC的晶体结构图，图来源：Science 

　　后续的结构表征表明，盐中的氢键相互作用、氯离子以及铵离子都对cyclo-N₅ˉ环的稳定做出了贡献。如果除去氯离子或铵离子，该盐难得的室温稳定性会很快失去。 

　　作者表示，该物质的成功合成是N₅ˉ离子高能化合物合成里程碑性的一步，更对全氮化合物合成具有重要的科学意义。