金属クラスターでの代替物の移動によるカルボレーンの2000倍の膨大なイグニッション率を高める

双曲線推進剤は、接触時に自発的に点火する燃料と酸化剤に依存しており、発射車両と宇宙船でさまざまなミッションの役割を果たします。エネルギーが豊富な炭水化物は、誇張された燃料を約束していますが、エネルギーの放出を引き起こすことは、超高芳香族ケージ構造のために非常に困難です。カルボレーンベースの高性能材料の発達を操縦するために、原子的に正確な銅クラスターと統合されたカルボラニルチオ溶化化合物が提示され、2つの異なる異性体、Cu14b-SとCu14c-Sが得られ、どちらも同様のリガンドとコア構造を持っています。炭素原子からホウ素原子へのチオレート基の移動により、環境に良性の酸化剤過酸化物（HTP、H2O2濃度90％）と接触すると、点火遅延（ID）時間が6870から3 msに短縮されました。CU14B-Sの非常に短いイグニッションID時間は、HTP活性の高い誇張材料の中にランク付けされています。実験的および理論的調査結果は、電子が豊富な金属カーネルを特徴とするチオレートグループの移動から利益を得ることが、還元可能性と優れた電荷移動効率を示していることを明らかにしています。これにより、HTPによる並外れた活性化速度が生じ、その結果、カルボレーン燃焼とエネルギーの同時放出が誘発されます。この基本的な調査は、高度な緑の双曲線推進システムの開発に光を当てました。

Hypergolic propellants rely on fuel and oxidizer that spontaneously ignite upon contact, which fulfill a wide variety of mission roles in launch vehicles and spacecraft. Energy-rich carboranes are promising hypergolic fuels, but triggering their energy release is quite difficult because of their ultrastable aromatic cage structure. To steer the development of carborane-based high-performance hypergolic material, carboranylthiolated compounds integrated with atomically precise copper clusters are presented, yielding two distinct isomers, Cu14B-S and Cu14C-S, both possessing similar ligands and core structures. With the migration of thiolate groups from carbon atoms to boron atoms, the ignition delay (ID) time shortened from 6870 to 3 ms when contacted with environmentally benign oxidizer high-test peroxide (HTP, with a H2O2 concentration of 90%). The extraordinarily short ignition ID time of Cu14B-S is ranking among the best of HTP-active hypergolic materials. The experimental and theoretical findings reveal that benefitting from the migration of thiolate groups, Cu14B-S, characterized by an electron-rich metal kernel, displays enhanced reducibility and superior charge transfer efficiency. This results in exceptional activation rates with HTP, consequently inducing carborane combustion and the simultaneous release of energy. This fundamental investigation shed light on the development of advanced green hypergolic propulsion systems.