Wissenschaftler schaffen "Trophie"-Molekül, das die Atomindustrie revolutionieren könnte
Forscher haben eine stabile Version eines "Trophie-" Moleküls geschaffen, das der Wissenschaft jahrzehntelang versagt geblieben war und zur Produktion von sauberer Atomenergie führen könnte. In seinem in der Zeitschrift Science veröffentlichten Artikel schreibt das Team, das aus Wissenschaftlern der Universitäten von Nottingham und Manchester, Vereinigtes Königreich, besteht, dass sie eine terminale Uran-Nitridverbindung herstellen können, die bei Raumtemperatur stabil ist. Außerdem bewiesen sie, dass die Verbindung in Gläsern in kristallisierter oder Pulverform gelagert werden kann. Die Studie wurde zum Teil über das von der EU geförderte Projekt UNCLE (''Uranium in non-conventional ligand environments") finanziert, das mit einer Finanzhilfe für Nachwuchswissenschaftler (Starting Grant) des EUropäischen Forschungsrates (ERC) in Höhe von 999.996 EUR ausgestattet wurde. Die Forscher berichten, dass der Durchbruch Folgen für die Zukunft der Kernenergie-Industrie haben könnte, da Uran-Nitrid-Materialien potenziell eine Alternative zu den aktuellen Mischoxid-Kernbrennstoffen bieten könnten, die in Reaktoren verwendet werden, da Nitride sehr hohe Dichten, Schmelzpunkte und thermische Leitfähigkeit aufweisen. Darüber hinaus könnte das von den Wissenschaftlern verwendete Verfahren ein saubererer Weg mit niedrigeren Temperaturen bieten, als dies bei den gegenwärtig verwendeten Methoden der Fall ist. Bei früheren Versuchen Uran-Stickstoff-Dreifachbindungen herzustellen waren sehr niedrige Temperaturen wie 5 Kelvin (-268 Grad Celsius) nötig. Es ist sehr schwer mit diesen Temperaturen zu arbeiten und zu manipulieren, da diese Spezialausrüstungen und Techniken erforderlich machen. Urannitride werden in der Regel durch Mischen von Stickstoff oder Ammoniak mit Uran unter hohen Temperaturen und Drücken hergestellt. Leider führen die drastischen Reaktionsbedingungen bei der Herstellung zu Verunreinigungen, die schwer zu entfernen seien, so die Forscher. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler daher ihre Aufmerksamkeit auf die Verwendung von molekularen Methoden bei niedrigen Temperaturen konzentriert. Aber alle bisherigen Versuche führten zu überbrückenden und nicht zu terminalen Nitriden. Bei diesem in dieser Untersuchung verwendeten Verfahren wurde ein sehr 'sperriger' Stickstoff-Ligand (ein organisches Molekül, gebunden an ein Metall) verwendet, um sich um den Uran-Kern zu wickeln und einen Schutzmantel zu bilden. Das Nitrid wurde während der Synthese durch ein schwach gebundenen Natrium-Kation (positiv geladene Ionen) stabilisiert, welches das Nitrid davon abhielt, mit anderen Elementen zu reagieren. In der Endphase wurde Natrium aus der Struktur entfernt und die finale, stabile Urannitrid- Dreifachbindung blieb übrig. Dr. Stephen Liddle von der Universität Nottingham kommentiert: "Das Schöne an diesem Werk ist seine Einfachheit - durch Einkapselung des Uran-Nitrids mit einem sehr sperrigen Liganden, der das Nitrid während der Synthese mit Natrium stabilisiert, und man dann das Natrium unter milden Bedingungen sequestriert, konnten wir endlich die terminale Urannitrid-Bindung isolieren . "Eine wesentliche Motivation für diese Arbeit war, dass sie uns dabei half, die Art und das Ausmaß der Kovalenz in der chemischen Bindung von Uran zu verstehen. Dies ist grundsätzlich interessant und wichtig, weil es dazu beitragen könnte, 2-3% des hoch radioaktiven Materials im Atommüll zu extrahieren und zu trennen." Professor Eric McInnes, von der Universität Manchester fügte hinzu, dass Elektronenspin-Resonanz (EPR)-Spektroskopie, die Technik, die das Team zur Untersuchung von Materialien mit ungepaarten Elektronen verwendete, "detaillierte Informationen über die lokale Umgebung der ungepaarten Elektronen geben kann, und dies kann dazu verwendet werden, die elektronische Struktur der Uran-Ionen in diesem neuen Nitrid zu verstehen". "Es stellt sich heraus, dass sich das neue Nitrid anders verhält als andere gleichartige Stoffe, und dies könnte wichtige Auswirkungen auf die Actinoidenchemie haben, die von grundlegender technologischer und ökologischer Bedeutung im nuklearen Brennstoffkreislauf ist", schlussfolgerte er.Weitere Informationen sind abrufbar unter: University of Nottingham: http://www.nottingham.ac.uk
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