圖 (a)五價(jià)镅在有機(jī)溶劑中的制備和穩(wěn)定;(b)镅鑭廢液分離驗(yàn)證結(jié)果

在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：21790372、21822606、22033005)等資助下，清華大學(xué)徐超副教授團(tuán)隊(duì)與李雋教授團(tuán)隊(duì)合作在錒系元素镅的分離化學(xué)方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果以“基于價(jià)態(tài)調(diào)控的镅/鑭系元素的超高效分離(Ultra-efficient americium/lanthanide separation through oxidation state control)”為題，于近日在線發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)上。

核能的應(yīng)用對(duì)我國(guó)能源體系的可持續(xù)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)至關(guān)重要。在核燃料循環(huán)和核廢料處理過(guò)程中，錒系元素镅與鑭系元素的高效分離至關(guān)重要。同時(shí)，镅的放射性強(qiáng)、毒性大、壽命長(zhǎng)，是核廢物中長(zhǎng)期放射性及高效釋熱性的主要來(lái)源之一。為降低核廢物的長(zhǎng)期放射性危害，需將镅進(jìn)行回收和嬗變，但其與性質(zhì)相近的鑭系元素獲得有效分離是一大難點(diǎn)。

清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)基于實(shí)驗(yàn)和理論化學(xué)研究，以有機(jī)溶劑中制備和穩(wěn)定高價(jià)態(tài)镅為突破口，將氧化性鉍物種負(fù)載到含有功能配體的有機(jī)溶劑中，通過(guò)特殊的溶劑化作用和配體的配位作用，調(diào)控镅的氧化還原電勢(shì)，從而將三價(jià)镅高效地轉(zhuǎn)化為五價(jià)镅，首次實(shí)現(xiàn)了常量五價(jià)镅(241Am)在有機(jī)溶劑體系中較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定存在。借助于兩相萃取體系，成功實(shí)現(xiàn)了超寬酸度范圍內(nèi)镅和鑭系元素的高效分離，單級(jí)分離因子超過(guò)一萬(wàn)。研究團(tuán)隊(duì)還基于量子化學(xué)計(jì)算及分子動(dòng)力學(xué)模擬，進(jìn)一步揭示了镅在有機(jī)溶劑中的微觀氧化及穩(wěn)定機(jī)制(圖)。

本研究為高價(jià)镅化學(xué)研究提供了新的突破口，所開(kāi)發(fā)的分離方法有望應(yīng)用于核廢物中镅的高效分離。