上海應物所等在錒系納米材料研究中取得進展

發布時間：2013-04-19 14:18 原文鏈接：上海應物所等在錒系納米材料研究中取得進展

　　錒系元素是核燃料的核心成分，其獨特的5f電子成鍵結構及其豐富的物理化學特性是先進核能技術的重要研究對象。中國科學院釷基熔鹽核能系統(TMSR)研究中心堆材料與工程技術部懷平研究員和程誠副研究員與吉林大學王志剛教授、香港城市大學張瑞勤教授合作，開展了錒系材料缺陷結構的理論研究，首次發現了納米團簇U2@C61的九重態高自旋電子結構，此研究結果發表于Scientific Reports(3，1341(2013))。

　　富勒烯金屬包合物的通用表達形式為M @C2n,“@”代表英文單詞“at”，也形象地表明了金屬原子被包在碳籠里面。包含錒系元素的富勒烯材料具有類似核燃料的包覆結構，而且納米結構具有更高的熱穩定性、較好的抗輻照能力，在先進核燃料方面具有重要的潛力。但是，缺陷結構對富勒烯金屬包合物的影響迄今為止仍是未解決的問題。

　　TMSR中心科研人員在內含式穩定的錒系金屬富勒烯U2@C60表面引入帶有自旋極化的碳原子缺陷，即U2@C61。理論研究發現，缺陷能夠明顯調節系統的電子結構特性，U2@C61的基態是9重穩定的，不同于U2@C60結構的7重電子態的基態電子結構。電子特性分析發現，高自旋態來自于U原子與缺陷C原子共同自旋極化的貢獻，U原子上的單占據電子與C61富勒烯上缺陷附近的單占據電子發生鐵磁耦合作用是關鍵機理。該研究為調節錒系納米團簇的電子結構特性尋找到了一個可能的新途徑。

　　此類具有內含式金屬富勒烯中的錒系團簇結構與外部的碳籠之間發生電荷轉移，使得富勒烯金屬包合物具有獨特的電子結構，因此在核能材料、納米功能材料、生物醫學體系、固相催化、電子學、光學等方面具有廣闊的應用前景。

　　該項研究工作得到了中國科學院戰略先導專項、國家自然科學基金、科技部973項目、中科院百人計劃的共同資助。