钍-232由于其能够吸收中子后转换为易裂变的U-233构成钍铀循环而成为第四代裂变堆钍基熔盐堆（TMSR）中重要的基核燃料，其重要性日益突显。含钍、铀分子能级的精密测量对钍-铀循环基础研究以及先进核素分离技术具有重要的参考价值。中国科学院上海应用物理研究所刘洪涛研究员团队与合作者长期致力于含钍、铀原子分子的负离子光电子能谱研究，相关研究相继在J. Phys. Chem. A (121, 10, 2108–2113, 2017,)，Phys. Rev. Lett. (123, 203002, 2019)，Phys. Rev. A (103, L050801, 2021)，Phys. Rev. A (103, 042817, 2021)，Phys. Chem. Chem. Phys.( 25, 4794, 2023)，等期刊上发表；刘洪涛负责的中国科学院装备研制项目"放射性锕系分子结构探测的慢电子速度成像谱仪”也在2023年10月顺利通过验收。

近期团队相关成果以“The unusual quadruple bonding of nitrogen in ThN”为题，在线发表于国际权威期刊《自然通讯》（Nature Communications 14, 7677, 2023）。论文第一作者为上海应物所费泽杰副研究员，清华大学王家琪博士为论文共同一作；刘洪涛研究员、清华大学宁传刚教授、中山大学熊孝根副教授作为共同通讯作者。

文章报道了低温慢电子速度成像技术获取的ThC^-和ThN^-负离子的光电子能谱图，以极高的精度测量了ThC和ThN分子的电子亲和能（EA）分别为1.562 eV和1.576 eV。实验测量结合理论计算揭示了在ThN分子中钍与氮之间存在四重键相互作用，与ThC分子具有相似的成键模式。这一研究结果打破了人们对于主族元素氮最高只能形成三重化学键的常规认识，而且对于从化学键角度理解钍金属元素的碳化物和氮化物分子稳定性具有重要意义。

该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的资助支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43208-z

图1：慢电子速度成像光电子能谱仪现场图

图2：ThN-负离子光电子能谱图