结构导向的有机膦酸与铀元素的配位化学研究

This project is mainly focused on uranyl coordination chemistry. Multi-series of aliphatic and aromatic phosphonic acids with versatile structure directions and various functional groups will be designed and adopted in the synthesis. The as-prepared new compounds will be extensively investigated among many properties such as photoluminescence, catalysis, ion exchanging and proton conductivity etc. We also aim to address the relationship between structure and properties of these uranyl compounds assisted by quantum calculations. Overall, this study will help to understand the physicochemical properties of uranium, especially the complex nature of 5f electrons. Reliable database will be provided for developing new nuclear fuel, functional materials and separation materials which may be used in the disposal of nuclear waste. The present research will benefit the development of actinide coordination chemistry and give a fundamental understanding of uranium coordination mechanism in nuclear waste disposal and adsorption.

本课题立足基础研究，以铀酰配位化学为出发点，设计合成含有多个配位点的系列脂肪族和芳香族膦酸配体，利用其结构导向作用和特定的功能基团构筑新颖的膦酸铀酰配合物，并充分研究这些化合物在荧光、催化、离子交换、质子传导等方面的性质。通过理论计算，进一步了解铀配合物结构与性能之间的关系，深入理解铀元素的物理化学性质，尤其是 5f 电子结构引起的复杂特性，为核废料后处理中铀元素的分离和提取提供一定实验和理论基础。该课题的研究有助于深入理解铀元素的配位特点，发展锕系配位化学。

目前配位功能材料的研究重点已从合成、结构表征转变为对材料性能研究，主要体现在研究结构和性能的构效关系以及开发性能更优异的复合材料。运用分子晶体工程学.有关原理，对金属-有机配合聚合物实现分子上组装和剪裁，使之具有新颖结构和优异性能，是现代配位功能材料研究主要发展趋势。锕系配位化学因其丰富的结构，多样的物理和化学性质，及在核燃料循环中的应用而成为研究热点。我们在项目执行期内主要开发了系列缠绕结构铀酰配位聚合物，利用多种特定拓扑结构的多羧酸配体，与铀酰离子构筑具有新颖拓扑的缠绕网络铀酰-有机骨架化合物,研究和分析这些金属-有机骨架化合物的合成条件及规律、考察网络的拓扑类型、分析网络所属的缠结类型,并探索它们结构和性能间的构效关系。证明了合理选择具有特定几何形状的有机配体可以从分子上结构上调控制配位聚合物结构。