近日，中国科学院上海应用物理研究所钍铀循环化学团队在钍-碳分子体系的构筑、结构和成键研究方面取得重要进展，相关成果以“A Thorium(IV) metallacyclopropyne complex”为题发表于国际权威期刊《自然通讯》（Nature Communications 2024, 15, 7130），上海应物所陈秀婷副研究员为论文第一作者，龚昱研究员为通讯作者，硕士研究生万松朋、王倩参与了部分工作。

锕系元素与非金属之间的配位模式和成键特性是影响锕系和裂变产物分离的关键因素之一，锕系-非金属模型化合物的构建及其相关结构、成键和反应研究也是燃料循环化学研究的重要课题。上海应物所钍铀循环化学团队长期致力于锕系元素化学等方面的研究，此前相关成果已陆续发表在Chemical Communications、Inorganic Chemistry和Journal of the American Society for Mass Spectrometry等期刊。

在本次研究中，研究团队提出了基于电喷雾离子化-傅里叶变换离子回旋共振质谱（ESI-FTICR-MS）在气相中制备钍-环丙炔化合物[(η²-C≡C)ThCl₃-]的策略。水解实验与理论计算的结果表明，钍-环丙炔分子体系内钍中心与碳配体之间形成了两个极化钍-碳σ键，两个碳原子间以三键模式相结合，钍与分子平面外碳-碳π键也存在一定相互作用。钍-环丙炔化合物中，钍的氧化态为+IV，双碳配体以C≡C^2-的形式存在，钍5f轨道对钍-碳成键的贡献将近30%。研究还发现，无论是单配体策略还是双配体策略都可以通过多步骤小分子消除反应得到钍-环丙炔化合物。该研究成果突破了前人对于钍-碳间只能形成钍-环丙烯结构的认识，还揭示了5f轨道对于钍-环丙炔结构的稳定化作用，为新型钍-碳化合物的构建以及碳基化合物在锕系分离化学方面的应用提供了重要的科学基础。

本项研究得到了国家自然科学基金、上海市“基础研究特区计划”和上海应物所育新计划等项目以及钍基核裂变能重点实验室的资助支持。（钍铀循环化学部 供稿）

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51167-2