贫铀是核燃料制作过程中的副产物,其放射性比天然铀低。贫铀的安全处置与回收利用是保障核能发展与环境安全的重要一环。因此,科研工作者们一直努力探索贫铀的新应用,并发现铀在很多方面具有优良的性质,如作为荧光材料、单分子磁体、超导体、光催化、电催化以及环境去污材料等。本课题组长期致力于含铀材料的设计合成并充分利用铀酰的特殊荧光性质来探索其在相关领域的应用,如射线探测、金属离子探测以及污染物去除等。本研究将利用水热法和溶剂热法,通过选择合适配体和调节反应条件,合成一系列结构复杂多变且具有荧光的铀酰金属有机化合物。通过X射线单晶衍射技术分析获得这些化合物精确的晶体结构,同时采集它们的X射线粉末衍射、固态紫外可见吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱以及热重等数据,从而深入地探索这些结构的潜在应用价值,具体研究内容如下:1)在水热条件下,利用草酸和丁二酸作为连接配体,以四丁基溴化铵作为结构导向剂,成功合成出一例铀酰金属有机骨架结构（简写为化合物1）。通过X射线单晶衍射分析可知该化合物结晶于单斜晶系,且具有三维网状结构。同时,该化合物的晶体呈淡绿色,具有很强的荧光发射（量子产率约为0.49）。有趣的是,在持续的UV射线（365 nm）照射下,该化合物的荧光会逐渐淬灭。受到这一现象的启发,我们猜测该铀酰金属有机骨架材料可以应用于电离辐射探测。基于上述猜想,我们利用化合物1进行了X射线和g射线的探测实验。实验结果表明该材料对低剂量X射线和g射线非常敏感,并且检测下限低至10^-4Gy,与目前最好的化学辐射探测材料相比,降低了近两个数量级。通过收集该化合物照射前后的EPR数据和单晶结构数据进一步研究了铀酰荧光淬灭的机理。从EPR光谱中,发现了g≈2的信号峰,说明在射线照射过程中,该材料产生了自由基。通过对比照射前后的键长数据,发现铀酰离子与赤道面配位的氧原子之间的键长和铀原子之间的距离都发生了非常明显的缩短。基于上述分析,我们推测辐射诱导产生的自由基影响了铀的配位环境,从而淬灭其荧光。此外,200℃加热12 h后被照射样品的荧光恢复初始强度,说明该辐射探测材料是可重复利用的。2)在溶剂热条件下,利用5-硝基-1,3-苯二甲酸作为连接配体与铀酰构建了一例新的一维链状结构（简称化合物2）。通过荧光表征,发现化合物2也具有较强的荧光。研究发现化合物2在pH值2-12的范围内的水溶液中具有良好的结构稳定性,并且在含不同金属离子(Na⁺,Mg²⁺,Co²⁺,Cu²⁺,Cr³⁺,Mn²⁺,Ni²⁺,Sr²⁺,Fe³⁺)的水溶液中也能保持结构不变。基于上述稳定性的测试,我们预测化合物2能够成为荧光探针来检测水溶液中存在的特定金属离子。通过取相同质量的样品分别分散于含相同浓度（200 ppm）的不同金属离子(Na⁺,Mg²⁺,Co²⁺,Cu²⁺,Cr³⁺,Mn²⁺,Ni²⁺,Sr²⁺,Fe³⁺)溶液中并测试化合物2的荧光强度,发现只有Fe³⁺能淬灭铀酰的荧光。随后,我们针对Fe³⁺进行了检测实验,发现最低检测下限约为6.3×10^-3ppm。UV-vis吸收光谱显示铀酰和Fe³⁺的吸收峰在225-450 nm处有重叠部分,因此推测可能的淬灭机理为附着在晶体表面的Fe³⁺与结构中铀酰离子竞争吸光,从而淬灭铀酰离子的荧光。