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图 AmO22+络合机理与基于尺寸分离方法示意图
在国家自然科学基金项目（批准号：21790374、21825601、21822606、22006106、21790370）等资助下，苏州大学王殳凹、王亚星和清华大学徐超以及美国科罗拉多矿业学院Albrecht-Schönzart等科研人员合作，设计了一例可精准匹配六价镅配位构型的无机缺位多酸簇合物，实现了水溶液中六价镅的超长时间稳定，据此发展了一种基于镧锕物种尺寸差异的新型超滤分离方法。研究成果以“从镧系中超滤分离镅多酸复合物（Ultrafiltration separation of Am(VI)-polyoxometalate from lanthanides）”为题，于2023年4月19日发表在《自然》（Nature）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05840-z。
三价镧锕高效分离是乏燃料后处理与核废物处置中最具挑战的任务，也是目前放射化学分离领域尚未攻克的难题之一。将三价镅氧化到六价，利用六价镅（AmO22+）与镧系（Ln3+）配位构型的差异实现分离，可有望解决镧锕分离难题。六价镅离子在传统萃取分离过程中仅能存在数秒时间，极易被还原为三价，往往使得分离失效。因此，如何在分离过程中稳定六价镅成为困扰相关领域几十年的难题。
王殳凹团队和合作者从六价镅的配位化学性质出发，设计了一例可精准匹配六价镅配位构型的无机缺位多酸簇合物，实现了六价镅的长时间稳定。他们发现该多酸在水溶液中与六价锕系形成纳米级水溶性复合物，而与三价镧系没有络合作用。进一步研究表明多酸与六价锕系的络合常数是文献报道中无机类配体的最高值（logβ= 6.17）。此外，多酸簇的所有钨元素都处于最高的氧化态，相对于AmO22+来说是一种具有“化学惰性”的保护基团，这种强的络合作用和保护作用使得AmO22+在酸性溶液中稳定长达24小时，为后续的分离过程提供了极大的可能性。研究人员进一步利用镅-多酸簇复合物与水合镧系离子的尺寸和电荷差异，结合商用的超滤技术，发展了一种全新的超滤分离方法，实现了高达780的二元镧锕单步分离因子，可一步回收91%的Am，获得了基于六价镅最好的分离效果。
此方法具有高效、安全、环境友好、快速且低能耗等系列优势，有望在我国乏放射性同位素分离纯化等重要任务中发挥重要作用。