实验室主要研究方向
1. 锕系元素纳米材料合成
锕系元素纳米材料在先进核能系统新型核燃料的制备以及乏燃料后处理中具有潜在的应用价值。通过控制锕系元素纳米材料的结构和尺寸,可以设计出具有优良性质的核燃料前驱体,亦可为乏燃料中锕系元素的高效分离以及稳定储存提供新思路。图为核能放射化学课题组2011年以来设计合成的一系列锕系元素纳米材料,包括铀基一维纳米线、纳米管(左上),化学组分和微观结构可调的多孔铀氧化物微米球(右上),以及尺寸均匀、粒径可控的单分散二氧化钍纳米球(下图)。(Wang L, et al. Chem. –Eur.J. 2014, accepted; Eur. J. Inorg. Chem. 2014, 1158.)
2. 纳米材料与核素提取
设计新型有机配体功能化的无机纳米材料,如介孔硅和石墨烯复合物,并将其应用到铀等放射性元素的高效分离和富集,该类材料在海水提铀、放射性废液处理以及环境污染修复等领域具有很好应用前景。图为磷酸(上左)和二氢咪唑(上中)功能化有序介孔氧化硅对U(VI)具有优异的吸附性能和选择性;氧化石墨烯(下图)的含氧官能团与U(VI)可形成稳定内配位络合物,吸附容量高达300 mg/g(上右)(Yuan LY, et al. J. Mater. Chem. 2012, 22:17019; Dalton Trans. 2011, 40:7446.)
3. 乏燃料干法后处理基础研究
熔盐电化学分离技术是近年来乏燃料干法后处理研究的热点,该技术在处理冷却时间短、燃耗深的热堆乏燃料和快堆乏燃料以及ADS嬗变靶等方面具有广阔的应用前景。核能放射化学课题组基于电解精炼流程(左上图)开展了锕系元素与关键裂变元素的熔盐电化学研究。
4. 镧锕分离
- 由于镧系元素和锕系元素的化学相似性,镧锕分离是乏燃料后处理中最具挑战性的课题之一。三价锕系元素往往具有很强的放射性和化学毒性,开展实验研究有较大困难,理论计算成为研究镧锕元素溶剂萃取行为和高效萃取剂分子设计的有效手段。如图所示,本课题组采用相对论量子化学方法研究了CyMe4-BTBP和CMPO等高效萃取剂对镧系和锕系元素的萃取行为,并从分子水平上解释其萃取分离机理(Lan JH,et al.Coord. Chem. Rev. 2012, 256: 1406; Inorg.Chem. 2011,50:9230).