新型钍团簇的构筑及其溶液化学行为研究
批准号:
22076187
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
胡孔球
依托单位:
学科分类:
放射化学与辐射化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡孔球
中文摘要
团簇结构的形成会影响锕系元素在环境中的迁移和扩散行为。因此锕系团簇的研究对于放射性污染防治工作具有重要的指导意义。钍是第四代先进核能系统之一钍基熔盐堆核能系统的核燃料,其配位化学的研究近年来备受关注。然而关于钍团簇的研究还相对较少。本项目拟开展新型钍团簇的合成及其溶液化学行为研究。以环境中可能存在的无机物、有机物为配体,通过三种合成策略制备一系列结构新颖的钍团簇,并优化合成条件,筛选最佳的合成方案。在此基础上,通过多种分析表征手段对这些新型钍团簇的理化性质进行表征,并筛选出结构稳定的团簇,利用同步辐射吸收谱技术、小角散射技术、紫外-可见光谱分析、高分辨质谱分析和理论计算模拟等方法研究其溶液化学行为。本项目的完成可以对锕系元素在环境中的存在形式以及迁移、扩散行为有更深入的认识,为我国放射性污染防治工作提供参考。
英文摘要
The formation of cluster structures will affect the migration and diffusion of actinides in the environment. Therefore, the study of actinide clusters is of great significance for the prevention of radioactive pollution. Thorium, serving as the nuclear fuel of one of the fourth-generation advanced nuclear energy systems, i.e. the Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System, has attracted much attention in its coordination chemistry in recent years. However, the research on the thorium clusters is still rare. This project will focus on the synthesis of novel thorium clusters and the study of their solution chemistry. We plan to employ inorganic and organic compounds that appear in the environment as ligands to obtain a series of novel thorium clusters via three synthetic strategies. The synthetic scheme will be further optimized in the due course. Various characterizations will be conducted to investigate the physical and chemical properties of these new thorium clusters. The solution behavior of the selected stable species will be investigated by the synchrotron radiation absorption technology, small-angle X-ray scattering, ultraviolet-visible optical spectroscopy, high-resolution mass spectrometry and theoretical calculation methods. The completion of this project will develop a deeper understanding of the existence form of actinides in the environment, as well as their migration and diffusion behavior. Our results will also provide the necessary reference for the prevention and control of radioactive pollution.
团簇结构的形成会影响锕系元素在环境中的迁移和扩散行为,因此锕系团簇的研究对于放射性污染防治工作具有重要的指导意义。本项目围绕“新型钍团簇的构筑及其溶液化学行为研究”这一总体目标,在新型钍团簇的合成与结构表征、钍团簇在不同条件下的溶液化学行为分析、钍基团簇以及基于钍基团簇构筑的功能材料在核素分离、催化转化等领域的应用开展了系列研究工作。本项目的主要成果如下:(1)系统研究了有机配体的构型和官能团的种类对于钍离子水解行为的影响。合成了一系列基于不同类型羧酸配体的[Th6]团簇,这些团簇都具有[Th6(O)x(OH)8-x]的核心结构。通过多种方法和技术手段对这些钍团簇的晶体结构、微观形貌、理化性质进行了系统研究。结合理论计算与晶体学数据,分析了这些钍团簇的结构特征和成键特点。(2)利用扩散法、溶剂热法等合成手段制备了一系列新型异金属团簇[Th9Ag6]、[Th9Ag12]、[Th13Ni6]等。Johnson型的[Th9]团簇核心和α-Keggin型的[Th13]团簇核心都属于四价锕系元素的新水解物种。[Th9Ag12]是目前文献报道的最大的锕系-银团簇,[Th13Ni6]是目前文献报道的最大的5f-3d团簇。(3)在以上钍基团簇合成的基础上,我们系统研究了有机配体、过渡金属离子、碱金属离子对于溶液中钍离子种态演变行为的影响,并提出“组装-分解-再组装”的机制。(4)合成了一系列基于钍基团簇的功能性固相材料,并系统研究了这些固相材料在放射性核素吸附去除、CO2环化转化和光催化还原等方面的应用前景。综上,本项目合成了一系列新型钍基团簇,并系统研究了这些团簇的晶体结构、理化性质、溶液化学行为及其在核素分离、催化转化等领域的应用前景,提出了“组装-分解-再组装”的机制,为设计、合成高核钍团簇提供了一种全新的思路和方法。本项目的研究结果累计发表SCI论文27篇,包括Journal of the American Chemical Society,Nature Communications,CCS Chemistry,Advanced Functional Materials等知名化学期刊,并培养多名博士生和硕士生。
新型锕系-多酸配位聚合物的设计、合成及性质研究
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批准号:21701178
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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负责人:胡孔球
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依托单位:
国内基金
海外基金