中國合成國際首個錒系聚輪烷 可用於核廢料處理

China International's first synthetic actinide polyrotaxane can be used for nuclear waste disposal

從中國科學院高能物理研究所獲悉，該所多學科中心核能化學實驗室科學家成功合成了國際上首個錒系元素金屬聚輪烷，這一錒系超分子構建方面的研究成果，有望為核廢料處理與處置提供一個新的思路和方法。

中科院高能所多學科中心核能化學實驗室負責人石偉群博士向中新社記者介紹說，金屬聚輪烷是一類以主客體超分子為配體，金屬離子為連接節點的配位聚合物，在分子識別與器件方面具有廣闊的應用前景，是近年來超分子化學的研究熱點。目前金屬聚輪烷的研究主要集中在過渡金屬和稀土元素，而基於錒系元素的金屬聚輪烷還未見報導。由於錒系元素配位行為的複雜性，加之放射性操作困難，國外實驗室曾嘗試合成過此類錒系超分子，但均沒有成功。

中科院高能所多學科中心核能化學實驗室自2011年起致力於錒系功能復合物的製備及相關性質研究。此次通過配體的巧妙選擇，首次得到了鈾?金屬聚輪烷。該化合物具有典型的鈾?離子七配位結構，與普通鈾?配合物不同的是，這一結構里鈾?周圍的羧基配位基團呈現兩種配位方式，導致鈾?配位的五角雙錐結構的扭曲變形，形成了一類獨特的“類龍”(dragon-like)拓撲結構，其對於理解錒系元素的超分子成鍵特性具有重要意義，並有望用於核廢料處理領域。

石偉群表示，輪烷具有結構穩定、抗輻射能力強等特點，在核廢料處理處置應用方面，錒系元素金屬聚輪烷有望成為潛在的分子器件，從而為核廢料中性能獨特的錒系元素找到新的用途。另外，利用超分子體系，可以把核廢料中容易遷移的錒系元素固定起來，從而避免其擴散遷移。他透露，錒系元素金屬聚輪烷目前只是合成了一維拓撲結構，科研人員正在想辦法發展新穎的二維、三維結構。

中國科學家這一重要研究成果也獲國際認可，英國皇家化學會知名期刊化學通訊已線上發表首個錒系元素金屬聚輪烷的合成與表徵過程，並予以高度評價。