Это исследование было опубликовано в ведущем многопрофильном журнале Nature Communications.«В наш ядерный век существует острая потребность в улучшенных экстракционных агентах для разделения ядерных отходов и технологий рециркуляции», — пояснил профессор Стив Лиддл, глава отдела неорганической химии и содиректор Центра радиохимических исследований Манчестерского университета.«Чтобы достичь этого, необходимо гораздо лучшее понимание электронной структуры актинидных комплексов, поскольку это влияет на то, как эти элементы взаимодействуют с экстрагентами.
«Однако количественное определение электронной структуры этих элементов в молекулах является серьезной проблемой, потому что многие сложные электронные эффекты становятся очень важными и имеют схожую величину друг с другом с тяжелыми элементами.«Это делает их моделирование очень сложным и более трудным, чем для обычно исследуемых элементов, таких как переходные металлы.
«Это означает, что традиционные описания электронной структуры актинидных элементов часто носят качественный характер — но именно в этой области необходимы количественные модели, потому что наше понимание основных химических концепций становится все более туманным у основания периодической таблицы. "Многие члены команды ранее сообщали о нитриде урана и оксокомплексах, в которых молекулы практически одинаковы, за исключением замены одного атома азота на кислород. Команда поняла, что симметрия комплексов и степень окисления ионов урана сделали их идеальными системами для разработки количественных моделей.
«Однако проблема заключалась в том, что для перехода от качественного режима к количественному требовалось большое семейство молекул, чтобы сделать метод надежным, но их синтез не был надежным», — добавил профессор Лиддл.«К счастью, команда определила новый и надежный способ получения комплексов нитрида урана. Это позволило приготовить большое семейство молекул, которое затем дало необходимую платформу для разработки надежной количественной модели.
«С семейством из 15 нитридных и оксокомплексов был использован широкий спектр современных методов, доступных в Манчестере. Используя исследования намагничивания при переменной температуре, исследователи смогли получить ключевую информацию о некоторых из самых низкорасположенных электронные состояния молекул.
Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса, базирующаяся в национальной службе в Манчестере, была затем использована для дальнейшего построения картины о нижних электронных состояниях.Наконец, ближняя инфракрасная спектроскопия предоставила информацию об остальной части полной электронной структуры, исследуя электронные переходы в состояния, превышающие те, которые были исследованы с помощью первых двух методов. Чтобы разобраться в большом количестве экспериментальных данных, были использованы продвинутые расчеты ab initio для построения приблизительной картины электронной структуры этих комплексов, которая затем была уточнена с использованием экспериментально полученных данных для получения окончательной количественной картины электронной структуры ».