圖源:伯克利實驗室

美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室科學家領導的團隊首次發現一種含有锫(Berkelium)的有機金屬分子——“锫茂”(Berkelocene),為深入理解物質構成的基本原則開辟了新途徑。相關研究論文發表于新一期《科學》雜志。

有機金屬分子通常由碳基骨架包圍的金屬離子組成,這種結構在元素周期表中靠前的鈾(原子序數為92)等錒系元素中較為常見,但在靠后的锫(原子序數為97)等錒系元素中卻很罕見。

锫是元素周期表f區的15種錒系元素之一,1949年在伯克利國家實驗室首次發現。多年來,該實驗室重元素化學小組一直致力于制備錒系元素的有機金屬化合物。這些分子通常具有極高的對稱性,并能與碳形成多個共價鍵,可用于觀察錒系物質的獨特電子結構,并揭示物質的基本組成邏輯。但研究锫并非易事,因為它具有極強的放射性,且產量極低。更困難的是,其有機金屬分子對空氣極為敏感,容易發生自燃。

為攻克這些難題,研究團隊定制了工具箱,并利用美國國家同位素開發中心提供的锫-249,實現了高放射性同位素的無空氣合成。

單晶X射線衍射實驗提供的結果表明,合成出的物質結構具有高度對稱性,其中锫原子穩居兩個8元碳環之間。由于其結構類似鈾有機金屬配合物“鈾茂”,團隊將其命名為“锫茂”。電子結構計算表明,位于“锫茂”結構中心的锫原子呈現四價氧化態(即帶4個正電荷),該氧化態由锫—碳鍵維持。

團隊表示,還需要更準確的模型來揭示錒系元素間的行為差異,以解決與核廢物長期儲存和修復等相關的問題。