Der Durchbruch in der Chemieforschung könnte die Technologien zur Wiederverwertung nuklearer Abfälle verbessern

Thorium: An energy solution - THORIUM REMIX 2011 (April 2019).

Anonim

Forscher der Universität von Manchester haben einen großen Schritt vorwärts getan, indem sie die quantitative Modellierung der elektronischen Struktur einer Familie von Urannitrid-Verbindungen beschrieben haben - ein Prozess, der in Zukunft bei der Wiederverwertung nuklearer Abfälle helfen könnte.

Diese Forschung wurde in der führenden multidisziplinären Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

"In diesem Atomzeitalter besteht ein dringender Bedarf an verbesserten Extraktionsmitteln für nukleare Abfalltrennungen und Recyclingtechnologien", erklärte Professor Steve Liddle, Leiter der Anorganischen Chemie und Co-Direktor des Zentrums für Radiochemieforschung an der Universität von Manchester.

"Um dies zu erreichen, ist ein viel besseres Verständnis der elektronischen Struktur von Aktinidkomplexen erforderlich, da dies Auswirkungen auf die Wechselwirkung dieser Elemente mit Extraktionsmitteln hat.

"Die Quantifizierung der elektronischen Struktur dieser Elemente in Molekülen ist jedoch eine große Herausforderung, da viele komplexe elektronische Effekte bei schweren Elementen sehr wichtig und ähnlich groß werden.

"Dies macht ihre Modellierung sehr komplex und viel schwieriger als für routinemäßig untersuchte Elemente wie die Übergangsmetalle.

"Dies bedeutet, dass traditionelle Beschreibungen der elektronischen Struktur von Actinidenelementen oft von qualitativer Natur sind - aber genau in diesem Bereich sind quantitative Modelle erforderlich, weil unser Verständnis der chemischen Kernkonzepte am Fuße des Periodensystems zunehmend nebulös wird."

Viele Mitglieder des Teams hatten zuvor Urannitrid- und Oxokomplexe beschrieben, bei denen die Moleküle im Wesentlichen gleich sind, mit der Ausnahme, dass ein einzelnes Stickstoffatom gegen einen Sauerstoff ausgetauscht wird. Das Team erkannte, dass die Symmetrie der Komplexe und der Oxidationszustand der Uranionen ideale Systeme für die Entwicklung quantitativer Modelle sind.

"Das Problem war jedoch, dass eine große Familie von Molekülen erforderlich wäre, um von einem qualitativen zu einem quantitativen Regime zu gelangen, um die Methode robust zu machen, aber ihre Synthese war nicht zuverlässig", fügte Professor Liddle hinzu.

"Glücklicherweise identifizierte das Team einen neuen und zuverlässigen Weg zur Herstellung der Urannitridkomplexe. Dies ermöglichte die Herstellung einer großen Familie von Molekülen, die dann die notwendige Plattform für die Entwicklung eines robusten quantitativen Modells bot.

"Mit einer Familie von 15 Nitrid- und Oxokomplexen wurde eine breite Palette von State-of-the-Art-Techniken in Manchester eingesetzt. Mithilfe von Magnetisierungsstudien mit variabler Temperatur konnten die Forscher wichtige Informationen über einige der am niedrigsten liegenden erhalten elektronische Zustände der Moleküle.

"Die Elektronen-Paramagnetische-Resonanz-Spektroskopie, die im nationalen Dienst von Manchester basiert, wurde dann verwendet, um ein Bild über die niedrigstliegenden elektronischen Zustände aufzubauen.

"Schließlich lieferte die Nahinfrarotspektroskopie Informationen über den Rest der vollständigen elektronischen Struktur, indem elektronische Übergänge in Zustände über den von den ersten beiden Verfahren untersuchten Zuständen untersucht wurden. Um eine Fülle von experimentellen Daten zu verstehen, wurden fortgeschrittene Ab-initio-Berechnungen verwendet um ein grobes Bild der elektronischen Strukturen dieser Komplexe zu erstellen, das dann mit den experimentell erhaltenen Daten verfeinert wurde, um ein endgültiges quantitatives Bild der elektronischen Struktur zu erhalten. "

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