DFT + U study of U1-An O2- (An = Np, Pu, Am and Cm) {1 1 1}, {1 1 0} and {1 0 0} surfaces

锕系元素 居里 超铀元素 二氧化铀 化学 化学计量学 放射化学 无机化学 材料科学 物理化学 冶金
作者
Jiali Chen,Nikolas Kaltsoyannis
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:537: 147972-147972 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.147972
摘要

Mixed dioxides provide a means to recycle the highly radioactive transuranic elements from spent UO2 fuel. In order to gain a better understanding of such dioxides, knowledge of their geometric and electronic structures is important. However, a systematic study and comparison among uranium-actinide mixed dioxides is lacking. In this work, Hubbard U-corrected generalized gradient approximation density functional theory is used to study the surface properties of uranium-actinide mixed dioxides, where actinide = neptunium, plutonium, americium or curium. On stoichiometric surfaces, clear charge transfer is found from uranium to americium and curium, reducing them to An(III), while Np remains tetravalent. Trivalent plutonium may exist on stoichiometric uranium–plutonium surfaces, under limited conditions. On the substoichiometric (oxygen vacancy) mixed dioxide surfaces, all the transuranic elements are trivalent. Both the replacement energies of actinides into uranium dioxide surfaces, and the oxygen vacancy formation energies on uranium-actinide mixed dioxide surfaces, are strongly dependent on the An(IV)/An(III) redox potential. A linear relationship is also found between the replacement energy and the ratio of actinide to uranium in the mixed dioxides.
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