放射医学及交叉学科研究院王殳凹教授团队在环境放射化学领域取得系列进展

 

    根据国家发改委、国家能源局发布的《电力发展“十三五”规划》,至2050年,我国核电装机容量有望达到400 GW,将超过现阶段全世界所有国家核电装机容量的总和。在如此快速的发展态势下,与核能发展密切相关的乏燃料后处理与核废物处置将面临空前巨大的挑战。我国在乏燃料后处理流程研发方面虽已取得一定成绩,但针对锕系等关键核素在整个后处理流程中的物理化学行为基础研究相对匮乏,仍有诸多科学问题亟待解决,这些问题也是全世界环境放射化学领域的未解难题和重大挑战。因此,开展基于核燃料循环后端的乏燃料后处理与放射性污染防治基础科研工作意义重大且急迫性显著。
    近日,苏州大学放射医学及交叉学科研究院核能环境化学研究中心王殳凹教授团队在环境放射化学领域取得一系列研究进展。几个近期代表性工作包括:(1)一定程度上改变了人们对三价镧系锕系元素固体化学行为同一性的基本认识,初步衍生出了基于绿色选择性结晶分离理念的稀土分离及镧锕分离,有望改善我国乏燃料后处理关键流程工艺,成果发表于Nature Communications(Nat. Commun., 2017, 8, 14438)上。(2)首次合成并解析出能够在强酸溶液中稳定存在的膦酸锆基金属有机骨架材料的晶体结构,并将其应用于在高酸度条件下选择性吸附铀酰离子,为设计合成高稳定的功能膦酸锆MOFs材料用于乏燃料后处理及环境中放射性核素污染防治开辟了新路径,成果发表于Nature Communications(Nat. Commun., 2017, 8, 15369)上 。(3)初步探索了锕系金属有机框架用于固定锕系离子并作为核废料地质储放化学形式的可能性,发现一例能够耐受住高剂量电离辐射的三重互锁铀酰金属有机框架材料,文章以图片新闻形式发表于Journal of the American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 6144)上。(4)发现铀金属有机骨架材料可以作为高灵敏度传感器用于准确探测低剂量电离辐射,成功开辟了贫铀的又一新应用,也推动了辐射探测技术的发展,成果发表于Angewandte Chemie International Edition (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201700919)。(5)突破了传统阴离子交换材料针对乏燃料中高锝酸根阴离子分离效率和选择性不足的瓶颈,发展了一大类新型阳离子金属有机框架材料用于高锝酸根的快速、高选择性去除以及高效固定,有望解决核废料中锝的泄漏问题,成果分别发表于Environmental Science and Technology 和Environmental Science and Technology Letters(Environ. Sci. Technol., 2017, 51, 3471; Environ. Sci. Technol. Lett., 2017, DOI: 10.1021/acs.estlett.7b001659)上。(6)发展了几类新型固体材料用于阻滞核废料中高毒性放射性核素在环境中的迁移以及在天然水体环境中的准确探测,成果发表于多篇Environmental Science and Technology(Environ. Sci. Technol., 2016, 50, 3852; Environ. Sci. Technol., 2017, 51, 3911)上。该系列成果不仅能够潜在应用于改善我国核燃料循环流程及乏燃料后处理能力,并有望提高我国放射性污染防治水平以及核应急能力,在一定程度上提升了我国在该领域的国际影响力。该系列工作得到了国家自然科学基金委员会优秀青年基金、基金委重大研究计划培育项目、科工局国防基础科研科学挑战计划、中组部“青年千人计划”和江苏省杰出青年基金的资助。
 
 
 
注释:a) 三价镧系锕系周期性化学行为学从而衍生出新的分离方法; b) 高稳定性膦酸锆基金属有机骨架用于治理放射性铀污染;c) 耐辐照三重互锁金属有机框架用于固定铀酰离子;d) 铀金属有机骨架用于探测低剂量电离辐射;e) 阳离子骨架用于处置放射性阴离子高锝酸根。
 
    王殳凹教授简介:男,博士,现任苏州大学放射医学及交叉学科研究院院长助理、特聘教授、核能环境化学研究中心主任、中组部 “青年千人计划”入选者、“基金委优秀青年基金”及“江苏省杰出青年基金”获得者。2007年在中国科学技术大学材料科学与工程系获理学学士学位,2012年在美国圣母大学锕系元素能源前沿研究中心获得博士学位,2012-2013年在劳伦斯伯克利国家实验室Glenn T. Seaborg放射化学中心和美国加州大学伯克利分校化学系进行博士后研究工作。2013年入职苏州大学。长期从事环境放射化学及放射性核素配位化学研究。独立开展工作后以通讯作者身份在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Environ. Sci. Technol.等期刊上发表学术论文40余篇,总引用1200余次。多项成果获批国际或中国专利。部分研究工作被美国Discovery Channel、ScienceDaily、美国能源部(DOE)官方网站、CNN重点报道。2012年获得美国化学会青年科学家奖及国际衍射数据中心颁发的Ludo Frevel晶体学奖;2016年荣获中国化学会青年化学奖。担任中国核学会锕系物理与化学分会理事、中国核学会核化学与放射化学分会环境放射化学专业委员会委员、中国生物物理学会辐射与环境专业委员会青年委员、中国化学会奖励推荐委员会委员、中国环境科学学会环境化学分会委员、《核化学与放射化学》编委等。
   代表性成果链接如下:
镧锕分离新理念:  http://www.nature.com/articles/ncomms14438
膦酸锆用于治理铀污染: https://www.nature.com/articles/ncomms15369
金属有机框架用于固定铀酰离子: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b02480
铀材料用于探测电离辐射剂量:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201700919/full
阳离子骨架用于治理放射性阴离子污染:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.7b00339
阳离子骨架用于处置放射性阴离子:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.estlett.7b00165
金属有机框架用于探测环境中的铀:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.6b06305
羟基磷灰石用于固定三价锕系离子:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.5b05932

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