陶国宏&何玲：材料基因组为设计高性能推进剂构建新平台

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近日，化学学院陶国宏&何玲团队与美国爱达荷大学合作，在Science子刊发表了题为“Designing high-performance hypergolic propellants based on materials genome”的原创性研究论文。该工作首次提出构建推进剂材料基因组数据库及筛选体系，利用材料基因组方法，设计并筛选出具有高稳定性、低毒性和无燃烧残留的自燃烧推进剂添加剂，实现了推进剂自燃烧响应速率的飞跃式提升。

       火箭推进剂作为含能材料领域的重要研究对象，是航天飞行器的核心动力，其性质与火箭结构、飞行高度以及姿态调整密切相关。随着我国航天科技实力的发展，研制兼具大推力和长续航的新型推进剂备受关注，其中以低粘度、低熔点、低蒸汽压和高稳定性的离子型推进剂被美国空军专家视为下一代推进剂的最佳选择之一。但该材料存在燃烧性质不佳问题，尤其是自燃烧响应速率低，无法满足当前火箭的动力要求。

       为解决上述问题，该团队创新性地采用材料基因组方法探寻自燃烧推进剂的核心因素。不同于对燃料分子单一结构修饰、实验探索的传统方法，该工作通过构建推进剂的结构数据库明确其构效关系，采用可视化手段探寻与自燃烧性质关联的重要指标，而后利用筛选程序对自燃烧添加剂结构进行高通量筛选和量化分析，从而明确了自燃烧推进剂添加剂的结构，并通过一系列实验手段验证其极大降低了推进剂点火延迟时间，体现出材料基因组策略的可行性。该成果首次从根本上解决了火箭燃料分子设计的构效需求，可对材料分子按需设计及多角度预测，为将高性能推进剂走向实用提供重要参考。
        四川大学为论文第一通讯单位，四川大学化学学院博士研究生袁闻励为第一作者，何玲副教授和Jean’ne M. Shreeve教授为通讯作者。该研究工作也是化学学院在Science子刊发表的首篇论文。
       该研究团队长期致力于离子液体功能材料的研发，近期工作相继发表在Nature Communications，Angewandte Chemie International Edition，Small和 Journal of Materials Chemistry A等国际主流学术期刊。
       论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/49/eabb1899


      文章来源：四川大学
      陶国宏，理学博士，毕业于北京大学化学与分子工程学院分子动态与稳态结构国家重点实验室，师从寇元教授，现任四川大学化学学院教授。在含能材料方向，以环境友好的富氮杂环化合物及其衍生物为研究目标，开展其合成、性质、理论模拟及应用的系统研究。