李小波同学关于肼基丙腈还原Np(VI)离子的反应机理工作被Physical Chemistry Chemical Physics接收,祝贺!
核电站产生的乏燃料经过PUREX流程能实现大部分铀、钚回收,而镎的存在会降低铀、钚的分离效率,此外,237Np是制备238Pu (用作核电池的热源,也可用作空间核动力和飞船的电源) 的原料。因此,从乏燃料中分离和提取镎是非常必要的。PUREX流程中萃取剂TBP对不同价态Np的萃取能力为Np(VI) > Np(IV) >> Np(V),所以使用无盐还原剂将Np(VI)还原为不被TBP萃取的Np(V)能够实现Np与U、Pu的分离。肼及其肼类衍生物在实验条件下可实现Np(VI)的还原,但它们的微观机理尚不清楚。我们在前期理论研究肼和四类肼的衍生物还原Np(VI)的基础上(J. Phys. Chem. A 2020, 124, 3720; J. Phys. Chem. A 2021, 125, 6180; Radiochim. Acta, 2022, 110, 471),本工作进一步深入探讨肼基丙腈与Np(VI)的氧化还原机理。研究结果表明肼基丙腈由于存在σ-π超共轭效应,其还原Np(VI)的反应速率相对更快,由此可推断出具有σ-π超共轭效应丙基肼或丙-2-炔基肼也能够实现对Np(VI)的快速还原。我们研究得到一个肼基丙腈分子还原2个Np(VI)离子,由于参与反应的H的位置不同而有三条反应路径,其中具有水辅助质子转移的路径I是最佳反应路径。自旋密度结构表明第一个Np(VI)离子被还原是肼基丙腈的外层电子转移,即还原剂接触Np(VI)离子就实现了Np(VI)的还原;第二个Np(VI)离子被还原是通过氢转移,即肼基丙腈自由基离子上的H原子通过镎酰氧实现了Np(VI)的还原。肼基丙腈由于其不同于其他肼类衍生物的电子结构其还原Np(VI)机理不同,即其通过水辅助的质子转移实现了Np(VI) 还原,该工作为设计还原Np(VI)的新型无盐还原剂提供了理论指导和设计依据。
文章信息:Xiao-Bo Li, Qun-Yan Wu*, Cong-Zhi Wang, Jian-Hui Lan, Meng Zhang, John K. Gibson, Zhi-Fang Chai, Wei-Qun Shi*. Reduction of Np(VI) with Hydrazinopropionitrile via Water-mediated Proton Transfer. Phys. Chem. Chem. Phys. 2022, accepted.