[發明專利]一種碗狀結構的鈾過氧簇及其制備方法、應用

在審

• 申請號: 202310370012.2
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116425775A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 邱杰;黃善恩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C07F5/00
• 分類號: C07F5/00;C30B29/54;C30B29/66;C30B7/14;G21C3/58;B01J31/22
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 莊華紅

本發明屬于多金屬氧簇領域，具體公開一種碗狀結構的鈾過氧簇及其制備方法、應用。該鈾過氧簇的化學式為[(UOsubgt;2/subgt;)subgt;15/subgt;(Osubgt;2/subgt;)subgt;10/subgt;(HCsubgt;3/subgt;Osubgt;5/subgt;)subgt;10/subgt;]supgt;?20/supgt;，鈾過氧簇的負電荷通過鋰離子、鉀離子或四乙基氫氧化銨離子中和。本發明使用硝酸鈾酰、雙氧水、丙二酸等成功合成了碗狀結構的鈾過氧簇，有望用在核燃料循環和催化等領域。

技術領域

本發明屬于多金屬氧簇領域，具體公開一種碗狀結構的鈾過氧簇及其制備方法、應用。

背景技術

物質的性質和應用與其結構息息相關，制備具有新型結構的物質是獲得具有新穎性質和應用的物質的基礎。因此通過化學的方法來合成具有新型結構的物質，并研究其結構與性能間的關系是化學、材料等領域重要的基礎性研究課題之一。而對于鈾礦物和化合物來說，研究其結構對于了解鈾礦的成因和鈾在環境中的遷移擴散行為、評估核廢料在地質處置庫中存儲時的安全性、發展新型的乏燃料后處理技術以及研發新型鈾材料具有重要意義。

鈾元素有+3、+4、+5和+6等多種氧化態。通常條件下，最穩定的是+6價。+6價的鈾離子往往與兩個氧原子結合而形成兩個強的U≡O鍵，以線性UO₂²⁺離子(uranyl?ion，鈾酰離子)的形式存在，而與鈾離子結合的兩個氧原子被稱為“鈾酰氧”。通常來說，一個鈾酰離子可以與四個、五個或六個分散在其赤道平面的配體原子配位形成四角、五角和六角雙錐狀的多面體構型。鈾酰離子這種獨特的配位化學性質使得鈾礦和鈾化合物大多具有二維層狀的結構，很難形成零維結構。直到2003年，Peter?C.Burns教授報道了一種特殊的鈾礦，即水絲鈾礦的結構。他們發現水絲鈾礦是一種過氧化物，并發現過氧根與鈾酰離子配位后形成了一個彎曲的結構單元UO₂²⁺-O₂^2--UO₂²⁺，而該彎曲單元可為零維球狀結構的形成提供必需的曲面。因此后續他們針對鈾過氧化物開展了更多的研究工作，并在2005年首次制備出具有零維籠狀結構的鈾過氧簇(Uranium?peroxide?cluster)。鈾過氧簇的分子量比常規無機離子要大的多，因此可以把鈾礦、核廢料、乏燃料等物質中的鈾轉化為鈾過氧簇，然后利用鈾簇與其它組分的尺寸差異而把鈾分離出來，發展基于鈾簇合物的鈾分離技術。鑒于鈾過氧簇在核燃料循環中的這種重要應用，科研人員已經在鈾過氧簇的設計制備方面開展了一些工作，并制備出了幾十個鈾過氧簇(Dalton?Trans.2018,47(17),5916-5927)。但這些簇合物大多具有閉合的籠狀結構，其結構和性質比較相似。

鈾過氧簇本質上是一種由鈾酰離子與過氧根、氫氧根等配體配位后形成的鈾配合物，因此可以通過改變配體的方式來調控其結構和性質。在已經報道的工作中，科研人員已經通過用焦磷酸根、草酸根等配體來取代部分的過氧根或氫氧根合成鈾過氧簇。但是由于焦磷酸根、草酸根等配體與鈾酰離子間的連接方式和過氧根與鈾酰離子間的連接方式非常相似，都是一個配體與兩個鈾酰離子以“side-on”的方式連接，所以這些簇合物的結構與僅含有過氧根的鈾簇合物的結構非常相似，都是含有鈾的四元、五元或六元環狀結構單元(Chem.Rev.2013,113(2),1097-1120)。

因此，本發明意在提供一種具有不同構型的鈾過氧簇。

發明內容

基于上述技術問題，本發明使用丙二酸根等與鈾酰離子間具有非“side-on”配位方式的配體開展了合成實驗，成功合成了一例具有“碗狀”結構的新型鈾過氧簇U₁₅-tartronate。