核能的开发和利用不可避免地产生放射性废物，其处理、处置已成为核工业发展需要优先考虑的一个关键因素。锶（⁹⁰Sr）是乏燃料中的主要裂变产物之一，其放射性强、释热量高，对核废物的贮存和处置影响大。²²⁶Ra半衰期长（约1600年），能够产生γ射线并衰变为有害气体²²²Rn。Ba与²²⁶Ra具有相似的离子交换行为，Ba常作为²²⁶Ra代替物进行研究。铀（U）是核燃料循环过程中的主要元素，[UO₂]²⁺离子在水体中具有高度可溶性和流动性，在整个核燃料循环过程中都会产生大量的含铀废水。放射性废液组成复杂，从复杂环境体系中高选择性去除放射性离子是环境化学领域的难题之一。

　　目前，金属-氧簇化合物研究多集中在POMs、稀土金属、3d-4f异金属氧簇。相对而言，含孤对电子的p区金属离子Sb³⁺却较少受到关注。Sb³⁺离子的孤对电子可看作是额外、非键合的并可满足配位数的“特殊配位”，当与氧结合时，可形成灵活多样的不对称多面体，对结构具有“裁剪作用”，将其引入到氧簇结构中，有望获得高核、结构多样的金属-氧簇基化合物。金属-氧簇基材料在去除放射性离子领域已有研究报道，但主要集中在钼酸盐等多酸化合物，其他类型金属-氧簇化合物用于放射性离子的去除研究仍然有限。

　　在国家自然科学基金面上、福建省自然科学基金面上、中国科学院海西研究院福建物质结构研究所与城市环境研究所融合发展基金等项目的支持下，福建物构所结构化学国家重点实验室黄小荥课题组冯美玲研究员领导的放射性污染控制研究小组在利用锑氧簇基材料去除放射性离子方面取得进展。她们利用酒石酸锑钾与Cd²⁺离子结合构筑了首例镉-锑氧簇基杂化物FJAM-CA，其结构是基于目前报道的最大杂化锑氧簇单元{[Cd₄Sb₂₄O₂₄(L-tta)₉](L-Htta)₃}^13-和{(L-Htta)₃[Cd₄Sb₂₄O₂₄(L-tta)₉]Cd₃(H₂O)₆}^7-构建的高电荷阴离子层[Cd₇Sb₂₄O₂₄(L-tta)₉(L-Htta)₃(H₂O)₆]_n^7n-，其抗衡阳离子为(H₃O)⁺。FJSM-CA具有优异的水/溶剂稳定性、耐酸碱和耐辐照性，并对Sr²⁺、Ba²⁺和[UO₂]²⁺展现出快速的离子捕获能力，对水溶液中锶、钡和铀的吸附平衡时间分别为2 min、10 min和20 min；对铀具有高吸附量（121.91 mg/g）。在竞争离子存在下，FJSM-CA对铀依然能够保持优异的选择性，去除率和选择性分配系数（K_d）分别高达96%和2.46 × 10⁴ mL/g。更有意义的是，FJSM-CA在离子交换前后发生了有趣的单晶结构转化现象，由二维层状结构转变为三维框架结构，通过单晶结构分析手段从微观尺度上精确地阐释了FJSM-CA去除Sr²⁺、Ba²⁺和[UO²]²⁺离子的机理。研究表明，FJSM-CA成功捕获Sr²⁺、Ba²⁺和[UO²]²⁺离子主要源于高电荷的阴离子层与交换的阳离子之间的静电作用力，以及羧基功能团对Sr²⁺、Ba²⁺和[UO²]²⁺离子的配位作用。

　　FJSM-CA是首例将锑氧簇基材料应用于去除放射性离子的研究，并从结构化学的角度清晰地阐明了其捕获机理。该工作对设计新型氧簇基材料用于放射性离子的去除具有重要的意义。相关研究结果发表在ACS Appl. Mater. Inter. 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c06082上，文章第一作者为中国科学院大学博士研究生马文，胡冰副研究员和冯美玲研究员为通讯作者。

　　研究团队近年来在放射性核素（铀、裂变产物铯和锶、镧系元素等）的富集和分离研究、锑氧簇基材料的构筑方面已获得了一系列研究成果（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 1878-1883; J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 11133-11140；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4314-4317；J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12578-12585，入选ESI高被引论文；Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8110–8113；Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 8623-8626, hot paper；J. Mater. Chem. A 2018, 6, 3967-3976；J. Mater. Chem. A 2015, 3, 5665-5673；Chem. Commun. 2019, 55, 7442-7445）。

　　相关论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c06082

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201912040

　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b07457

　　http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b00565

　　http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b07351

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201103127

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.200803406

　　http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/TA/C5TA00566C#!divAbstract

　　https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/TA/C7TA11208D

　　https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cc/c9cc02145k

　　（黄小荥课题组供稿）