美獲得有望成為未來核燃料的鈾氮合成物

美國洛斯阿拉莫斯實驗室的科學家12日表示，他們利用光能首次成功獲得一種罕見的鈾氮（U-N）分子合成物，該合成物帶有獨立的鈾氮結構末端，末端上氮原子僅與一個鈾原子結合。在過去完成的研究中，氮原子總是同兩個或更多的鈾原子相連。

為獲得鈾氮分子合成物，科學家對疊氮化鈾（包含有1 個鈾原子和3 個氮原子的分子）進行了光解作用處理：將分子暴露在紫外光下，用單光子能量從疊氮化鈾分解出1 個氮分子，從而留下了單鈾單氮合成物。科學家說，他們獲得的新突破十分重要，因為高密度、高穩定性和高熱導性鈾氮物質有希望成為未來先進的反應堆所需核燃料。相關研究刊登在新出版的《自然·化學》月刊上。

鈾氮合成物是一種陶瓷化合物，其包含有眾多重復的鈾氮結構單元。新獲得的鈾氮分子僅包含單鈾單氮，它是陶瓷固體中能夠被觀察到的最小結構單元，有利于人們研究其物理和化學特性，幫助解答鈾化學和材料科學中長期困擾人們的問題。

洛斯阿拉莫斯實驗室材料物理和應用部科學家賈奎林·吉普林格表示，錒系元素氮化物是未來核燃料的候選物質，能滿足未來核反應堆的需求以及太空旅行動力的需求。此次新獲得的鈾氮分子能夠幫助人們更好地認識單鈾單氮結構單元的功能特性、電子結構和化學反應性，為鈾化學揭開新的篇章。

研究發現，新獲得的分子反應能力強，能破壞結合力強的碳氫鍵從而形成新的氮氫鍵和氮碳鍵。該發現顯示鈾氮結構不是惰性物質，能夠與強鍵分子發生反應。這種單鈾單氮化合物具有很強的化學反應能力，能夠以與天然酶細胞色素P-450 類似的方式激活碳氫鍵，與碳氫化合物發生氧化反應。這一特性為該分子在今后用作核燃料時找到了安全的儲存方式，也為鈾燃料使用后的廢物處理提供了途徑。