Pa（V）在水溶液中的配位化学理论研究

发布时间：2023-08-30 01:15

　　镤(Pa)是锕系元素中第一个具有f电子的元素,有着独特的性质,有着很强的放射性和生物毒性。Pa(V)有很强的水解作用,在水中容易形成胶体,吸附在器壁上;在非络合强酸性水溶液中会形成单氧镤酰离子PaO3+。Pa是钍铀燃料循环重要的中间体,还在核取证、地质年龄测量方面有重要意义。因此,Pa(V)化学研究是一个具有吸引力又具有挑战性的问题。本工作先对Pa(V)水合物离子的配位数进行研究,对水解生成的多种离子转化过程进行分析,再对不同烷基链的二烷基酰胺对Pa(V)萃取的选择性问题进行深入探讨。这些基础性的工作,为Pa化学的深入研究奠定了基础。本工作采用密度泛函理论(DFT)方法。从研究水溶液中Pa(V)的初始状态入手,对不同数量水分子的Pa(V)离子结构、热力学和其水解反应动力学进行分析,确认水中的稳定结构,分析初始水合离子形成Pa=O配合物离子的动力学/热力学过程。对[Pa(H2O)9]5+离子在水中的转化进行研究,计算了可能的动力学过程,优化了各个动力学过程初态和终态的稳定结构。以[Pa(H2O)9]5+离子为能量零点,确定了各个结构的相对能量。对过程中的过渡态、终态结构的稳定性以及热力学...

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 研究背景
    1.1 钍铀燃料循环的意义
    1.2 钍铀燃料循环需要解决的关键问题
    1.3 Pa的研究意义
    1.4 Pa化学的实验研究现状
    1.5 Pa的量子化学研究
    1.6 本论文的研究目的和结构组成
    参考文献
第二章 基本原理和计算方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 多粒子薛定谔方程
        2.1.2 Hohenberg-Kohn(HK)定理
        2.1.3 Kohn-Sham(Ks)方程
        2.1.4 交换关联能
    2.2 赝势方法
    参考文献
第三章 水中种态分析
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 Pa水合离子的结构
        3.3.2 键长分析
        3.3.3 NBO电荷分析
        3.3.4 热力学分析
        3.3.5 WBI和gap分析
        3.3.6 分子轨道分析
        3.3.7 Pa(Ⅴ)水合离子在水中的水解
        3.3.8 水合离子的动力学
    3.4 小结
    参考文献
第四章 Pa(Ⅴ)在水溶液中反应动力学理论研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 结果和讨论
        4.3.1 水合离子在水溶液中的转化过程
        4.3.2 动力学过程的过渡态分析
        4.3.3 结构的稳定状态
        4.3.4 不同结构吉布斯自由能及结构转化路径
        4.3.5 CS、DG过程能量的变化分析
    4.4 小结
    参考文献
第五章 Pa(Ⅴ)和单酰胺的配位化学
    5.1 引言
    5.2 计算方法
    5.3 结果和讨论
        5.3.1 配体的选择
        5.3.2 两种配位方式的稳定性
        5.3.3 [PaO(H₂O)₆]³⁺离子中水分子分离的动力学分析
        5.3.4 [PaO(H₂O)₅(L1)]³⁺-A的热力学分析
        5.3.5 [PaO(H₂O)₅(L_n)]³⁺-A的键长分析
        5.3.6 [PaO(H₂O)₅]³⁺(Ln)_para的WBI分析
        5.3.7 [PaO(H₂O)₅(L_n)]³⁺-A的NBO分析
        5.3.8 [PaO(H₂O)₅(L_n)]³⁺-A中Gap的分析
        5.3.9 酰胺Ln、H₂O分子、Pa=O基团的NBO电荷分析
        5.3.10 硝酸中酸根离子对配位的影响
    5.4 小结
    参考文献
第六章 总结和展望
    6.1 本论文小结
    6.2 论文的创新点
    6.3 工作展望
博士期间取得的成果
致谢



本文编号：3844647