從中科院獲悉，鑭系元素大家族的15個(gè)成員各具特異的光、電、磁和催化等物理和化學(xué)性能，在溶液和固體中均呈現(xiàn)穩(wěn)定的相似化學(xué)性質(zhì)。因此，鑭系元素的分離是一項(xiàng)極為重要并具有挑戰(zhàn)性的工作。

蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)及交叉學(xué)科研究院教授王殳凹及合作者近期在熔融硼酸鹽反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了三價(jià)鑭系元素硼酸鹽產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)差異最大化的反應(yīng)條件及周期性變化。實(shí)驗(yàn)上，基于鑭系元素相同條件下硼酸熔融反應(yīng)中周期性變化的認(rèn)識，將可生成兩種不同晶格結(jié)構(gòu)的鑭系元素以相同的摩爾量混合后再與硼酸鹽熔融反應(yīng)，結(jié)果顯示鑭系元素可選擇性優(yōu)先生成其中一種晶格結(jié)構(gòu)，另一種元素則富集在液體相內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)高效固液分離。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所特種纖維與核能材料工程實(shí)驗(yàn)室研究員都時(shí)禹及合作者利用第一性原理密度泛函理論等手段對鑭系元素硼酸化反應(yīng)的不同產(chǎn)物進(jìn)行了電子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)熱力學(xué)的理論研究。發(fā)現(xiàn)同一種鑭系元素發(fā)生不同類型硼酸化的反應(yīng)能有顯著差異，鑭系中心離子更傾向于形成各自穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu);針對鑭系元素不同配位聚合物之間的差異，通過對電子態(tài)密度圖的深入分析發(fā)現(xiàn)，不同晶格產(chǎn)物的中心離子內(nèi)層軌道電子因硼酸鹽配體結(jié)構(gòu)差異而受到不同程度的影響，闡明了導(dǎo)致不同鑭系元素形成各自晶格結(jié)構(gòu)的重要因素。

該合作研究工作利用多聚硼酸鹽的識別能力，首次在同等反應(yīng)條件下將鑭系元素分為六個(gè)不同的晶格系統(tǒng)，打破了對由鑭系收縮現(xiàn)象導(dǎo)致的鑭系元素固體同一性的傳統(tǒng)認(rèn)識。該成果在乏核燃料后處理循環(huán)關(guān)鍵技術(shù)中預(yù)計(jì)有潛在用途。

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