含能材料泛指一類含有爆炸基團或同時含有氧化劑與可燃劑、能獨立進行化學反應并輸出能量的化合物或混合物，廣泛應用于武器彈藥、航空航天、礦產勘探等軍民領域。然而，隨著材料能量水平的持續提升，其安全性問題日益凸顯。因此，在能量與安全性之間尋求平衡是含能材料領域的一項緊迫任務。

富氮雜環因其高氮含量被視為構建高能低感含能化合物的理想骨架。它們富含N–N、N=N和C–N鍵，裂解時可釋放大量能量，從而賦予材料優異的爆轟性能。與傳統含能材料碳骨架氧化釋放CO和CO₂不同，富氮雜環的分解產物主要是清潔無污染的N₂。

在已報道的富氮雜環含能材料中，1,2,3-三唑由于三個連續的氮原子，相較于其他異構體（如1,2,4-三唑：182 kJ/mol）具有更高的生成熱（240 kJ/mol），這是設計高能量密度骨架的關鍵需求。此外，環上豐富的取代位點使得能夠策略性地引入功能基團，這對于調節能量與穩定性至關重要。其芳香共軛結構賦予環系剛性的平面特性，不僅有助于獲得更高的晶體密度，還促進了電荷離域，降低了分子對外部刺激的敏感性，從而實現了高能量與低感度之間的平衡。這也是1,2,3-三唑獨特結構框架能同時實現高能量密度、良好穩定性和可修飾性三大核心優勢的根本原因。

然而，與其他富氮雜環相比，基于1,2,3-三唑核心骨架的含能化合物的合成更具挑戰性。本綜述系統地調研了二十年來以1,2,3-三唑為核心骨架化合物的合成研究。結構演變從基礎的單環體系（以合成易得性和強穩定性為特點）發展到稠環結構。后者得益于擴展的π共軛體系，相較于其單環類似物，能獲得更高的密度和顯著優越的爆轟性能。進一步的結構精細設計則導向了連接環體系，其設計通過策略性地選擇環類型和連接官能團，為性能微調提供了最大的靈活性。在這一結構層次中，單環單元是基礎構建模塊，稠環體系本質上是其稠合衍生物，而連接環構造則源于單環與稠環組分的策略性組合。因此，本文圍繞單環、稠環和連接環這三個結構類別進行組織，以對其合成、結構與性能關系進行連貫且全面的分析。圖1展示了基于1,2,3-三唑的含能化合物的研究方向。

1,2,3-三唑單環化合物的合成是含能材料領域一個重要且活躍的研究方向（圖2）。1-氨基-1,2,3-三唑是合成三唑基含能化合物的基礎前體。

其制備方法不斷改進，從早期產率較低、分離困難的路線，發展到更高效的方法。4-氨基-5-硝基-2H-1,2,3-三唑（ANTZ）因其高熱分解溫度（T_d= 297 °C）和高撞擊感度（H₅₀= 154 cm）而備受關注，它既是性能優異的鈍感炸藥，也是重要的合成中間體。研究人員通過對ANTZ的N–H和C–NH₂基團進行功能化，合成了一系列單環1,2,3-三唑含能衍生物。其中，一些化合物的爆轟性能（P = 36.9 和 36.2 GPa；D = 8876 和 8843 m/s）可與RDX相媲美，并顯示出良好的熱穩定性和機械穩定性。而含有疊氮基（–N₃）的衍生物雖然爆轟性能優異，但其高撞擊感度阻礙了實際應用。

引入二硝甲基是提高氧平衡和促進形成含能鹽的有效策略。例如，4,5-雙(二硝甲基)-1,2,3-三唑二鉀鹽密度達2.04 g/cm³，爆速達8715 m/s，接近RDX，顯示出作為綠色高能材料用于無鉛起爆藥的潛力。含N–NH₂基團的衍生物不僅增加了生成熱，也使得進一步的衍生化成為可能。

近年來，通過同時引入硝基和二硝甲基等策略，研究人員成功合成了多種性能優異的單環化合物及其鹽類。其中，羥銨鹽的爆轟性能（D = 9389 m/s, P = 39.6 GPa）可與HMX相媲美，顯示出作為猛炸藥的潛力。4-硝基-2,5-雙(三硝甲基)-1,2,3-三唑則因其正氧平衡、高密度和低吸濕性，有潛力替代高氯酸銨用于固體推進劑。表1匯總了這些化合物的含能與物理化學性質。

富氮稠環系統因其高氮含量、結構平面性和合成多樣性而成為備受關注的含能材料骨架。這些特性共同貢獻了增強的爆轟性能、改善的熱穩定性和機械穩定性，以及通過引入多種官能團調控性能的能力。研究人員利用這些優勢，構建了一系列基于1,2,3-三唑的稠環系統，獲得了一系列性能可調的高能量密度材料。

研究工作涵蓋了從苯并[d][1,2,3]三唑衍生物、苯并三(1,2,3-三唑)衍生物到吡唑-1,2,3-三唑稠環離子鹽、三唑并嘧啶基稠環系統等多種結構。通過經典的Dimroth重排反應，可以將不同數量的四唑環組裝成富氮稠環含能化合物。研究表明，隨著四唑環數量的增加，化合物的能量和熱穩定性得到有效增強，同時其機械感度降低。在結晶過程中發生的原位環化反應也為精確調控含能材料性能提供了新的思路。表2匯總了這些稠環化合物的含能與物理化學性質。

C–C橋聯是最基礎的共價鍵類型，但基于1,2,3-三唑骨架的C–C橋聯含能化合物發展相對較慢（圖8）。早期的研究合成了4,4'-雙(5-硝基-2H-1,2,3-三唑)，而近期的研究則通過引入雙四唑、N-甲基化、N-胺化和N-氧化等策略，顯著提升了這類化合物的性能。例如，2-氨基-4,5-雙(四唑-5-基)-1,2,3-三唑及其鹽表現出優異的爆轟性能，其綜合性能超過了基準鈍感炸藥TATB。通過π共軛和分子間相互作用平衡能量與穩定性，研究人員還合成了同時連接兩個三硝甲基的三環系統，其密度達1.86 g/cm³，爆轟性能（D = 9149 m/s, P = 37.5 GPa）與HMX相當。表3匯總了C–C連接化合物的性能數據。

對N–N連接的雙三唑衍生物的研究相對有限。研究人員利用二氯甲苯磺酰腙和氨基四唑為原料，開發了便捷高效的合成路線，獲得了含長氮鏈（N6、N7）的化合物。這些化合物雖然不含傳統的爆炸性官能團，卻具有較高的正生成熱和良好的熱穩定性，同時機械感度較低。其中一種化合物的熔點較低，顯示出作為熔鑄炸藥的潛力。此外，4,4'-二甲基-1,1'-雙(1,2,3-三唑)等化合物也顯示出一定的爆轟性能和較低的機械感度。

關于C–N連接的雙三唑體系的研究也較為稀少。早期工作報道了通過四步法合成高密度、高爆轟性能的化合物。后續研究通過環加成-重排序列，成功合成了具有良好性能的C–N連接雜環化合物。值得注意的是，對兩種區域異構體的研究發現，即使是微小的區域異構變化，也能通過影響分解路徑的能量壁壘以及分子內/間相互作用、電荷分布和電子密度，對穩定性和性能之間的平衡產生深遠影響。這揭示了含能材料設計中的一個核心結構-性能關系。

在1,2,3-三唑骨架中引入偶氮橋（–N=N–）已被證明可以提高生成熱和密度，并改善熱穩定性。首個穩定的N8型含能化合物被報道，并顯示出作為光敏材料的潛力。研究發現，在長氮鏈體系中引入支鏈可以顯著降低機械感度，這為感度控制提供了有價值的策略。通過水合肼介導的環化和經典的偶氮化反應，可以合成稠合偶氮橋聯化合物，其中一種水合中間體采取面對面的堆積模式，從而獲得高密度和低感度。最近的研究還報道了含有24個氮原子的偶氮橋聯化合物，其表現出卓越的爆轟性能和層狀晶體堆積。而含N-氨基基團的偶氮衍生物則展現出高密度、優越的爆轟性能和高熱分解溫度，顯示出作為下一代猛炸藥的潛力。

三氮烯橋聯類（–N=N–NH–）的氮鏈更長，合成更具挑戰性。以2-甲基-4-氨基-5-硝基-1,2,3-三唑為前體，可以合成含偶氮和三氮烯橋的含能化合物。研究表明，含偶氮的化合物在密度、爆速和爆壓等關鍵能量性能上均優于含三氮烯的化合物。這項工作對于研究兩種不同類型的氮橋鍵對化合物性能的影響具有重要參考價值。

除了合成進展，最近的理論研究也為理解基于1,2,3-三唑的含能化合物的基本化學性質提供了深刻見解。運用密度泛函理論和高級從頭算方法，這些研究闡明了分解機理、結構-性能關系以及微妙而重要的區域異構效應等關鍵方面。計算結果表明，熱穩定性和爆轟性能的內在影響因素為合理設計和靶向優化下一代1,2,3-三唑含能材料建立了理論基礎。表4匯總了N–N連接、C–N連接、偶氮橋聯和三氮烯橋聯類化合物的性能數據。

綜上所述，基于1,2,3-三唑的含能化合物通過單環、稠環和多種連接環的結構設計，展現出了在能量、穩定性、感度等方面優異的綜合性能和巨大的應用潛力，是未來高能低感含能材料發展的重要方向。