镎化合物電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理論研究.pdf

1、能源是人類社會生存與發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高,能源的消耗越來越大。核能作為一種新型的高效能源，越來越受到人們的重視。然而，核能的可持續(xù)發(fā)展卻受到一些重要因素的影響，如：核原料的保障問題、核能利用的安全性問題、核廢料擴(kuò)散問題以及對含有長壽命和高放射性元素的核廢料處理問題等。其中，對核廢料的處理已經(jīng)成為目前影響核能能否可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。錒系元素及其化合物（包括235U,239Pu,237Np,241

2、Am,244Cm及245Cm等）是核廢料中放射性物質(zhì)的主要來源，這些長壽命的放射性元素會對人類和環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。镎（Np）元素是核廢料中的主要放射性元素之一，為了進(jìn)一步探索能夠更加合理、有效地處理含有Np元素及其化合物的放射性核廢料的新途徑，必須對其結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵性質(zhì)進(jìn)行深入研究。本論文運(yùn)用密度泛函理論（DFT）中的B3LYP雜化型密度泛函方法，結(jié)合相對論有效芯勢（RECP），系統(tǒng)研究了幾種常見的Np化合物分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵性質(zhì)，具體

3、工作如下：
　　1.研究了三鹵化镎分子NpX3(X=F，Cl，Br，I)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵性質(zhì)。分析討論了不同芯電子RECP對分子結(jié)構(gòu)計(jì)算的影響，發(fā)現(xiàn)使用60個(gè)電子的RECP能夠得到與實(shí)驗(yàn)更符合的結(jié)果；通過分析分子中化學(xué)鍵鍵長變化、各個(gè)原子外殼層電子態(tài)密度以及電荷轉(zhuǎn)移情況，發(fā)現(xiàn)在NpX3分子中，化學(xué)鍵以離子性為主，但隨著分子中鹵族元素的變重，化學(xué)鍵中的共價(jià)鍵成分越來越強(qiáng)；通過計(jì)算分子中原子間的結(jié)合能，發(fā)現(xiàn)從NpF3到NpI3，分子

4、中鹵族元素與镎元素之間的相互作用強(qiáng)度逐漸變?nèi)酢?br>　　2.研究了氣相和水溶液中镎酰離子NpO2m+(m=1-2)及其水合物NpO2(H2O)nm+(m=1-2，n=1-6)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、光譜和化學(xué)鍵性質(zhì)。通過計(jì)算氣相和水溶液中分子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)短程和長程相互作用對镎酰離子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有明顯的影響，而長程相互作用對镎酰水合物的影響卻很??；通過計(jì)算氣相和水溶液中分子的態(tài)密度，發(fā)現(xiàn)可以用镎酰水合物在氣相中的結(jié)果近似模擬溶劑化效應(yīng)對镎酰離子的

5、影響，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，溶劑化效應(yīng)導(dǎo)致镎酰離子中原子之間的相互作用強(qiáng)度變?nèi)?；通過計(jì)算镎酰離子和水分子之間的結(jié)合能以及镎和水分子中氧原子的態(tài)密度，發(fā)現(xiàn)镎酰離子在水溶液中結(jié)合5個(gè)水分子形成的NpO2(H2O)5m+水合物最穩(wěn)定。
　　3.研究了镎酰離子在硝酸溶液中形成镎酰硝酸鹽及其水合物的結(jié)構(gòu)和光譜性質(zhì)。通過計(jì)算镎酰離子與不同個(gè)數(shù)硝酸根離子結(jié)合所形成的镎酰硝酸鹽的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)硝酸根離子以雙齒模式與镎酰離子結(jié)合并且對镎酰離子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有明顯