经过 80 年的探索，揭开了放射性“钷”（一种具有神秘用途的稀土元素）的秘密

科学家们利用一种突破性的新方法揭示了放射性钷的关键特性，钷是一种稀土元素，其应用知之甚少。

在这种难以捉摸的稀土元素被发现近八年后，科学家们首次揭示了神秘的放射性物质钷的关键特性。

钷是元素周期表底部 15 种镧系元素之一。这些金属也称为稀土，具有许多有用的特性，包括强磁性和不寻常的光学特性，使它们在现代电子设备中特别重要。 

“它们用于激光器；它们是智能手机屏幕的一部分。它们还用于风力涡轮机和电动汽车中的强磁铁，”Ilja Popovs，橡树岭国家实验室 (ORNL) 的一名研发人员、《自然》杂志上发表的一项新研究的合著者告诉《生活科学》。 

“稀缺且难以研究”

钷本身由 ORNL 科学家于 1945 年发现，在原子电池和癌症诊断方面有一些小应用。但科学家们对该元素的化学性质了解非常有限，阻碍了更广泛的用途。 

橡树岭国家实验室 (ORNL) 的研发科学家、团队成员亚历山大·伊万诺夫 (Alexander Ivanov) 告诉《生活科学》，研究放射性元素是一项长达数十年的挑战，部分原因是难以获得合适的样本。

伊万诺夫说：“钷没有稳定的同位素——它们都具有放射性，这意味着它们会随着时间的推移而衰变（变成其他元素）。” “你可以通过裂变过程获得这种元素，因此它很稀缺且难以研究。”

ORNL 是美国’钷 147 的唯一生产商，钷 147 是一种放射性半衰期为 2.6 年的元素同位素。 使用去年开发的方法，研究人员将这种同位素从核反应堆废物流中分离出来，创造了尽可能纯净的研究样本。

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然后，研究小组将该样品与配体（一种专门设计用于捕获金属原子的分子）结合，在水中形成稳定的复合物。这种被称为 PyDGA 的配位分子形成了九个钷-氧键，使研究人员首次有机会分析钷络合物的键合特性。

然而，分析本身并不是一件小事。 

“因为钷具有放射性，一旦衰变，它就会转变为邻近的元素，即钐，”伊万诺夫说。 “所以你会受到少量钐形式的污染。” 

“最后一块拼图”

因此，该团队使用了一种极其专业的特定元素技术，称为基于同步加速器的 X 射线吸收光谱。粒子加速器产生的高能光子轰击钷络合物，以构建原子位置和键长度的图像。金属-氧键长度的细微差别使团队能够专注于关键的钷-氧键，忽略任何污染的钐。

至关重要的是，这些信息首次使钷的特性与其他稀土配合物进行了比较。 

“钷是这些元素中的最后一块拼图，”波波夫斯说。该配体提供了一种为所有镧系元素提供稳定配合物的方法——相同的元素比例和相同的几何形状。波波夫斯解释说，这使得该团队能够“研究整个系列中这些复合物的基本物理化学性质”。

镧系元素天然是元素混合物，因此了解键长和络合物形成行为等周期性趋势有助于科学家开发新的、更有效的方法来分离这些有价值的金属。 

现在，橡树岭国家实验室团队正在研究水中的钷，以更清晰地了解这种不寻常元素的配位环境和化学行为。 

波波夫斯说：“希望我们提供的基本见解能够告诉其他科学家如何设计更好的分离技术，并可能激发更多的兴趣来研究它的其他应用。”