Exploring the Valence Diversity of Uranium by Flux Growth of Uranium Silicate under Inert Atmosphere

价(化学) 化学 锕系元素 硅酸盐 无机化学 密度泛函理论 矿物学 计算化学 冶金 材料科学 有机化学
作者
Xu Zhang,Bo Tang,Zhiwei Huang,Zhiheng Zhang,Kexin Hu,Wanliang Shi,Lei Mei
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (11): 5281-5293
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c00497
摘要

The attributes of good solubility and the redox-neutral nature of molten salt fluxes enable them to be useful for the synthesis of novel crystalline actinide compounds. In this work, a flux growth method under an inert atmosphere is proposed to explore the valence diversity of uranium, and a series of five uranium silicate structures, [K3Cl][(UVIO2)(Si4O10)] (1), Cs3[(UVO2)(Si4O10)] (2), K2[UIV(Si2O7)] (3), K8[(UVIO2)(UVO2)2(Si8O22)] (4), and Cs6[UIV(UVO)2(Si12O32)] (5), were synthesized using different metal halide salt and feeding U/Si ratios. Crystal structure analysis reveals that the utilization of argon atmosphere that helps to avoid possible oxidation of low-valence uranium generates a variety of oxidation states of uranium including U(VI), U(V), U(IV), mixed-valence U(V) and U(VI), and mixed-valence U(IV) and U(V). Characterization of physicochemical properties of representative compounds shows that all these uranium silicate compounds have bandgaps among the range of 2.0-3.4 eV, and mixed-valence uranium silicate compounds have relatively narrower bandgaps. Density functional theory calculations on formation enthalpies, lattice energies, and bandgaps of all five compounds were also performed to provide more structural information about these uranium silicates. This work enriches the library of variable-valence uranium silicate compounds and provides a feasible way to produce novel actinide compounds with intriguing properties through the flux growth method that might show potential application in relevant fields such as storage media for nuclear waste.
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