核廢料回收——一座有望被逾越的大山

材料牛注：一直以來核廢料回收的問題令人談之色變，然而最近曼大科學家的發明使其不再是空中樓閣。他們開發了一種制備氮鈾化合物的可靠的方法，通過大量該類化合物可以構建出錒系元素的量化模型，從而可以針對性的進行萃取劑，實現核廢料的高效回收。

曼徹斯特大學的科學家們實現了一項重大突破——他們給出了一類氮鈾配合物電子結構的量化模型——此舉有望在未來幫助改進核廢料回收技術。

“在這個核時代，我們迫切需要改進核廢料分離和回收技術所用的萃取劑，”曼徹斯特大學無機化學主任、放射化學研究中心聯合主任Steve Liddle教授解釋說。他認為，這需要對錒系元素配合物的電子結構有更加深刻的理解，因為這些元素的電子結構影響著它們與萃取劑的反應。“但是在分子中去量化這些元素的電子結構是一個巨大挑戰，因為這些量級相似的重元素中有許多復雜的電子效應。這使得建模過程變得十分復雜，遠比對那些經常被探測的元素如過渡金屬等要復雜的多。這意味著我們以往對錒系元素元素電子結構的描述通常是定性的，但這正是需要進行定量描述的領域，因為我們對元素周期表后面元素的理解很模糊。”

該團隊許多成員曾報道過含氧配合物，這種分子除了將氮原子換成了氧，本質上和氮化鈾是相同的。該團隊意識到，這種配合物和氧化態鈾離子的對稱性使它們成為研究定量模型的理想體系。

“然而，從定性方法轉移到定量方案，需要用很多分子來證明這種方法具有魯棒性，但是這些分子的合成方法并不可靠”Liddle教授補充道。“幸運的是，該團隊確定了一種新的可靠的方法來制造氮鈾化合物。這使得制備這類分子成為可能，為開發具有魯棒性的定量模型提供了必要的平臺。”

該小組研究人員借助曼徹斯特目前最先進的技術——曼徹斯特國家服務中心的電子順磁共振譜儀，使用了含有15個氮化物和含氧絡合物，通過可變溫度磁化研究，獲得了一些關于分子最低位電子狀態的關鍵信息，可用來進一步建立關于最低位電子狀態的圖片。最后，他們使用近紅外光譜探測電子躍遷到前兩種技術探測到的狀態之上的狀態，獲得了其余電子結構的信息。然后使用一種叫從頭算的計算方法來建立這些絡合物電子結構的粗略圖像，然后使用實驗獲得的數據對其進行修正，就可以得到電子結構最終定量的圖像，進而建立這些電子結構的量化模型。

原文鏈接：Chemistry Research Breakthrough That Could Improve Nuclear Waste Recycling Technologies.

本文由材料人編輯部龍騎士提供素材，王晨編譯，朱曉秀審核，點我加入材料人編輯部。

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