Hydrogen-bond-driven trigger bond strengthening in CL-20/N8 cocrystal: precise structural prediction for reduced sensitivity and enhanced energy release

灵敏度(控制系统) 材料科学 复合材料 粘结强度 能量(信号处理) 键能 债券 复合数 化学 活化能 纳米技术 化学工程 降级(电信) 高效能源利用
作者
Chongwen Jiang,Xiuyuan Li,Zihuan Peng,Zhihong Huang,Nan Li
出处
期刊:Journal of Energetic Materials [Taylor & Francis]
卷期号:: 1-23
标识
DOI:10.1080/07370652.2025.2597016
摘要

CL-20 is one of the most powerful nitramine-based energetic materials, but its high mechanical sensitivity significantly restricts its practical applications. In this work, the CL-20/N8 (1,1′-azo-1,2,3-triazole) cocrystal system is systematically investigated using first-principles calculations and molecular dynamics simulations to identify the stable supramolecular configuration and optimal cocrystal structure. The results demonstrate that strong and cooperative hydrogen-bond interactions form between CL-20 and N8, which redistribute the local electron density and reinforce the weakest N–NO₂ trigger bond of CL-20. This effect markedly enhances structural stability and effectively reduces sensitivity. Furthermore, the rapid energy-release characteristics of N8 promote a more efficient initiation of CL-20 decomposition, leading to an accelerated and more continuous energy-release process. Compared with simple physical mixtures, the CL-20/N8 cocrystal shows both reduced sensitivity and improved energetic performance, confirming the advantages of hydrogen-bond-regulated cocrystallization. These findings provide molecular-level insight into the stabilization and energy-release mechanisms of the CL-20/N8 system and offer guidance for designing next-generation energetic cocrystals with balanced safety and high performance.
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