核废料回收——一座有望被逾越的大山

材料牛注：一直以来核废料回收的问题令人谈之色变，然而最近曼大科学家的发明使其不再是空中楼阁。他们开发了一种制备氮铀化合物的可靠的方法，通过大量该类化合物可以构建出锕系元素的量化模型，从而可以针对性的进行萃取剂，实现核废料的高效回收。

曼彻斯特大学的科学家们实现了一项重大突破——他们给出了一类氮铀配合物电子结构的量化模型——此举有望在未来帮助改进核废料回收技术。

“在这个核时代，我们迫切需要改进核废料分离和回收技术所用的萃取剂，”曼彻斯特大学无机化学主任、放射化学研究中心联合主任Steve Liddle教授解释说。他认为，这需要对锕系元素配合物的电子结构有更加深刻的理解，因为这些元素的电子结构影响着它们与萃取剂的反应。“但是在分子中去量化这些元素的电子结构是一个巨大挑战，因为这些量级相似的重元素中有许多复杂的电子效应。这使得建模过程变得十分复杂，远比对那些经常被探测的元素如过渡金属等要复杂的多。这意味着我们以往对锕系元素元素电子结构的描述通常是定性的，但这正是需要进行定量描述的领域，因为我们对元素周期表后面元素的理解很模糊。”

该团队许多成员曾报道过含氧配合物，这种分子除了将氮原子换成了氧，本质上和氮化铀是相同的。该团队意识到，这种配合物和氧化态铀离子的对称性使它们成为研究定量模型的理想体系。

“然而，从定性方法转移到定量方案，需要用很多分子来证明这种方法具有鲁棒性，但是这些分子的合成方法并不可靠”Liddle教授补充道。“幸运的是，该团队确定了一种新的可靠的方法来制造氮铀化合物。这使得制备这类分子成为可能，为开发具有鲁棒性的定量模型提供了必要的平台。”

该小组研究人员借助曼彻斯特目前最先进的技术——曼彻斯特国家服务中心的电子顺磁共振谱仪，使用了含有15个氮化物和含氧络合物，通过可变温度磁化研究，获得了一些关于分子最低位电子状态的关键信息，可用来进一步建立关于最低位电子状态的图片。最后，他们使用近红外光谱探测电子跃迁到前两种技术探测到的状态之上的状态，获得了其余电子结构的信息。然后使用一种叫从头算的计算方法来建立这些络合物电子结构的粗略图像，然后使用实验获得的数据对其进行修正，就可以得到电子结构最终定量的图像，进而建立这些电子结构的量化模型。

原文链接：Chemistry Research Breakthrough That Could Improve Nuclear Waste Recycling Technologies.

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