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干法后处理对于未来先进核燃料循环具有重要意义，而高温熔盐中的电解精炼过程是干法后处理的关键环节。然而，在电解精炼过程之后，一定量的铀和超铀元素与大量裂变产物一起保留在熔盐中，不利于最终地质处置。为了完全回收有毒和放射性的锕系元素，由德国超铀元素研究中心和韩国原子能研究所开发了彻底电解过程，这一过程中会在阳极产生氯气。课题组近些年，也采用彻底电解法以铝作为活性阴极进行了大量镧-锕分离研究。研究过程中发现，无论是沉积金属铀还是铀-铝合金，整个过程中电流效率均很低，而这会阻碍彻底电解未来的实际应用。
为了解决这一问题，刘雅兰博士研制了一系列原位光谱测量装置，用于测试电化学过程中各元素的化学种态变化。本工作使用了原位X射线吸收光谱和准原位电子吸收光谱来研究电解过程中铀的化学形态。第一次发现在彻底电解过程中，由于氯气的氧化作用铀一直在U(III)和U(IV)之间连续转化，导致铀的循环电解。而这一循环电解是彻底电解过程中电流效率低的主要原因，同时也阻碍了铀的完全回收。为了消除这一循环电解，本工作创新性地采用了活性镧金属阳极。通过镧金属在阳极溶解形成La(III)离子，阻碍了U(III)和U(IV)之间的转化，从而消除了阴极和阳极之间铀的循环，显著提高了彻底电解过程的电流效率。这一工作对于彻底电解过程在未来的实际应用具有重要意义。
文章信息：Ya-Lan Liu, Li-Yong Yuan, Li-Rong Zheng, Lin Wang, Ben-Lin Yao, Zhi-Fang Chai, Wei-QunShi*. Confirmation and elimination of cyclic electrolysis of uranium ions in molten salt. Electrochem. Commun. 2019, accepted.
铀-铝合金电沉积及铝合金化分离铀与钐的电化学过程中铀的循环电解示意图