從中科院獲悉，鑭系元素大家族的15個(gè)成員各具特異的光、電、磁和催化等物理和化學(xué)性能，在溶液和固體中均呈現(xiàn)穩(wěn)定的相似化學(xué)性質(zhì)。因此，鑭系元素的分離是一項(xiàng)極為重要并具有挑戰(zhàn)性的工作。

蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)及交叉學(xué)科研究院教授王殳凹及合作者近期在熔融硼酸鹽反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了三價(jià)鑭系元素硼酸鹽產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)差異最大化的反應(yīng)條件及周期性變化。實(shí)驗(yàn)上，基于鑭系元素相同條件下硼酸熔融反應(yīng)中周期性變化的認(rèn)識(shí)，將可生成兩種不同晶格結(jié)構(gòu)的鑭系元素以相同的摩爾量混合后再與硼酸鹽熔融反應(yīng)，結(jié)果顯示鑭系元素可選擇性優(yōu)先生成其中一種晶格結(jié)構(gòu)，另一種元素則富集在液體相內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)高效固液分離。

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所特種纖維與核能材料工程實(shí)驗(yàn)室研究員都時(shí)禹及合作者利用第一性原理密度泛函理論等手段對(duì)鑭系元素硼酸化反應(yīng)的不同產(chǎn)物進(jìn)行了電子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)熱力學(xué)的理論研究。發(fā)現(xiàn)同一種鑭系元素發(fā)生不同類型硼酸化的反應(yīng)能有顯著差異，鑭系中心離子更傾向于形成各自穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu);針對(duì)鑭系元素不同配位聚合物之間的差異，通過對(duì)電子態(tài)密度圖的深入分析發(fā)現(xiàn)，不同晶格產(chǎn)物的中心離子內(nèi)層軌道電子因硼酸鹽配體結(jié)構(gòu)差異而受到不同程度的影響，闡明了導(dǎo)致不同鑭系元素形成各自晶格結(jié)構(gòu)的重要因素。

該合作研究工作利用多聚硼酸鹽的識(shí)別能力，首次在同等反應(yīng)條件下將鑭系元素分為六個(gè)不同的晶格系統(tǒng)，打破了對(duì)由鑭系收縮現(xiàn)象導(dǎo)致的鑭系元素固體同一性的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。該成果在乏核燃料后處理循環(huán)關(guān)鍵技術(shù)中預(yù)計(jì)有潛在用途。

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