新型锕系-多酸配位聚合物的设计、合成及性质研究

The actinide-polyoxometalate complexes show vast scientific and practical potential in radiochemistry owing to their high thermal stability and radiation-resistant nature. However, the actinide-polyoxometalate coordination polymers (CPs) with 2D or 3D structures have not been reported. In this project, we plan to employ actinide metal ions, polyoxometalate molecules and organic ligands as starting materials to obtain a series of novel actinide-polyoxometalate CPs with optimized synthetic routes via step by step reactions based on molecular design. Various characterizations involving X-ray diffraction, synchrotron radiation and Raman spectroscopic techniques will be conducted to investigate the structure-function relationships. The bonding nature of actinides in these compounds will be explored through theoretical calculations. The actinide-polyoxometalate CPs with stable structure and high performance will be screened out to explore their catalytic properties and catalytic mechanism. It is expected that this project will enrich the library of actinide solid materials，and provide the reference for the synthesis of novel actinide-based functional materials and their applications in catalyst.

锕系-多酸配合物因其具有良好的热稳定性和抗辐照能力，在放射化学领域有着潜在的科学与应用价值。而具有二维或三维结构的锕系-多酸配位聚合物还未见报道。本项目拟以锕系金属离子、多酸分子、有机配体为原料，在分子设计的基础上，通过分步合成法合成一系列结构新颖的锕系-多酸配位聚合物，并优化合成条件，筛选最佳的合成方案；通过X-射线衍射技术、同步辐射技术、拉曼光谱等多种表征手段研究锕系-多酸配位聚合物结构与性质之间的关系，并结合理论计算，探究锕系-多酸配位聚合物中锕系元素的成键机理；在此基础上筛选结构稳定、性能优异的锕系-多酸配位聚合物，考察其催化性能并结合理论计算探究其催化机理。本项目的完成将丰富锕系固相材料的种类，并为新型锕系功能材料的制备以及在催化方面的应用提供参考。

了解和掌握锕系元素配合物的结构和性质，探索与制备新型锕系配合物，对核燃料循环、乏燃料后处理和放射性废物处置均具有重要的指导意义。在过去的三年中，我们通过分步合成法制备了一系列基于锕系多酸团簇（Th6(µ3-O)4(µ3-OH)4(RCOO)6（H2O）6）的锕系配位聚合物。通过配体的修饰、异金属离子的引入等方法实现了对这些配位聚合物的微观结构的调控。通过X-射线衍射技术对这些配位聚合物的结构进行了表征，通过理论计算探究了这些配位聚合物中锕系元素的成键特点，并详细研究了它们的物理化学性质。在此基础上，我们探索这些配位聚合物在放射性核素吸附、光/热催化二氧化碳环化固定、含氮杂环脱氢方面的应用。这些研究工作不仅加深了人们对锕系配位聚合物的认识，同时也为这类材料在催化、吸附分离以及其他领域的应用提了参考。