新技术简化了重元素化合物的合成

得益于劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 研究人员开发的一项新技术，现在可以以简化和高效的方式合成含有镅、锔等重元素的分子化合物。

新途径可以帮助科学家对放射性元素进行连续化学反应，并可用于加速核废料管理和放射性药物的研发。在《化学通讯》和《JACS Au》上发表的两篇文章中，LLNL 科学家描述了新技术将如何带来分离元素和研究难以研究的放射性同位素特性的创新方法。

论文重点介绍了一系列新化合物(20 种新晶体结构)的创造，包括第一种三价镅多金属氧酸盐化合物和两种新的锔化合物。锔一直是一种难以捉摸的元素，自 1944 年发现锔以来至 2020 年，仅报道了 7 种锔分子化合物的晶体结构。LLNL 的科学家在过去两年中发现了 5 种新结构。

“我们有一个新的化学平台，可以制造和研究几乎任何锕系元素的化合物，”论文合著者、LLNL 博士后研究员 Ian Colliard 表示。“我们使用的材料比以前少一千倍(微克 vs. 毫克)，因此我们可以更快地生产更多新化合物，同时降低能源部的成本。”

科学家对重锕系元素(钚以外的元素)的了解远少于元素周期表中的其他元素，因为它们极难生产，而且既具有放射性又有毒。例如，研究更传统元素(如铁、铜、铅或金)的科学家可以从许多供应商处购买几乎无限量的化学品用于他们的实验，而锕系元素化学家每年只能获得几毫克或更少的锔、镅等元素。

原材料非常有限，因此非常昂贵(通常几毫克锔的价格超过 50,000 美元)。这些物质还需获得监管部门的批准，因为它们是核材料，实验产生的废物必须妥善管理。

“使用这种新的化学平台，我们可以进一步了解锕系元素化学的细节，并发现以前的化学系统和合成策略无法实现的东西，”LLNL 科学家兼合著者 Gauthier Deblonde 表示。“我们正在解锁的新特性，如锕系元素特定化合物的形成，将对从化学分离到新的放射性药物以及潜在的核废料管理产生影响。”

锕系元素化学中常用的一种方法是简单地用镧系元素替代物(元素周期表中锕系元素上方的非放射性元素)进行实验，并认为锕系元素的行为方式相同。到目前为止，还没有一个很好的系统来比较锕系元素和镧系元素化合物的化学结构，因为实验无法以相同的方式进行，或者所用的分子不会产生可以进行比较的化合物。

这项新研究提供了一种创新且多功能的化学系统，其中研究团队合成并表征了镅和锔(锕系元素)以及全系列镧系元素(从镧到镥)的化合物。

“我们获得了一系列完整一致的化合物，因此我们可以揭示锕系元素与镧系元素化学反应的真正影响，”科利亚德说。“在这一系列约 20 种新化合物中，我们观察到所有复合物都具有相似的短程组织，但长程组织却截然不同。这确实出乎意料。”

事实证明，锕系元素形成了它们自己的结构——新的结构——而这在镧系元素中从未被观察到过。

“我们提供了一组明确的实验证据，表明锕系元素的化学性质不能仅根据镧系元素的化学性质来预测，”德布朗德说。“研究结果还表明，锕系元素和镧系元素之间存在明显的根本区别，这将导致重元素化学的新发展，即使是最稀有的锕系元素和超锔元素。”