JACS: 核能发电废品的新用途

诸平

据英国苏塞克斯大学（University of Sussex）2020年1月10日提供的消息，英国、法国以及德国的化学家合作研究发现了核电废品的新用途-将未使用和储存的废料转变成一种多用途的化合物，可用于制造有价值的商品化学品和新能源。相关研究成果于2019年12月19日已经在《美国化学学会杂志》（ Journal of the American Chemical Society）的2020年第一期发表——Nikolaos Tsoureas, Laurent Maron, Alexander F. R. Kilpatrick, Richard A. Layfield, F. Geoffrey N. Cloke. Ethene Activation and Catalytic Hydrogenation by a Low-Valent Uranium Pentalene Complex, Journal of the American Chemical Society,  2020, 142(1): 89-92. Publication Date:December 19, 2019. DOI: 10.1021/jacs.9b11929. https://doi.org/10.1021/jacs.9b11929

贫铀（Depleted uranium简称DU）是产生核能过程中的放射性副产物。许多人担心DU 会危害健康（health risks），因此将其存储在昂贵的设施中或用于制造有争议的穿甲导弹。

但是，在《美国化学学会杂志》（ Journal of the American Chemical Society）上发表的一篇论文中，苏塞克斯大学的F. Geoffrey N. Cloke教授（此项研究成果的通讯作者），理查德·莱菲尔德（Richard A. Layfield）教授和Nikolaos Tsoureas博士（此项研究的第一作者）与法国图卢兹大学（Université de Toulouse）以及德国柏林洪堡大学（Humboldt-Universität zu Berlin）的化学家合作研究发现，DU实际上比我们之前认为的可能有用之处更多。

通过使用包含贫铀的催化剂，研究人员设法将乙烯（用于制造塑料的烯烃）转化为乙烷（用于生产包括乙醇在内的许多其他化合物的烷烃）。他们的工作是一项突破，可以帮助减轻DU大规模存储的沉重负担，并导致更复杂的烯烃的转化。

理查德·莱菲尔德教授说：“将烯烃转化为烷烃的能力是重要的化学反应，这意味着我们可能能够将简单的分子转化为有价值的商品化学品，例如可用作能源的氢化油和石油化学品。”“我们可以使用贫铀做到这一点的事实证明，我们不必担心它，因为它实际上对我们非常有用。”

苏塞克斯研究小组与图卢兹大​​学和柏林洪堡大学的研究人员合作，发现基于贫铀的有机金属分子可以催化氢分子，加成到最简单的烯烃分子家族的成员乙烯中的碳-碳双键中，最终产生乙烷。

F. Geoffrey N. Cloke教授说：“以前没有人想到过以这种方式使用DU。虽然将乙烯转化为乙烷并不是什么新鲜事，但使用铀还是一个关键的里程碑。”“反应性的关键是两个稠合的五元碳环，称为戊烯，该环帮助铀将电子注入乙烯并激活它以添加氢原子。”更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

Electroreduction of carbon monoxide for the highly selective production of ethylene

Abstract

The reaction of the uranium(III) complex [U(η8-Pn††)(η5-Cp*)] (1) (Pn†† = C8H4(1,4-SiiPr3)2, Cp* = C5Me5) with ethene at atmospheric pressure produces the ethene-bridged diuranium complex [{(η8-Pn††)(η5-Cp*)U}2(μ-η2:η2-C2H4)] (2). A computational analysis of 2 revealed that coordination of ethene to uranium reduces the carbon–carbon bond order from 2 to a value consistent with a single bond, with a concomitant change in the formal uranium oxidation state from +3 in 1 to +4 in 2. Furthermore, the uranium–ethene bonding in 2 is of the δ type, with the dominant uranium contribution being from f–d hybrid orbitals. Complex 2 reacts with hydrogen to produce ethane and reform 1, leading to the discovery that complex 1 also catalyzes the hydrogenation of ethene under ambient conditions.