随着化石能源的短缺和环境污染的日益加剧,其他能源如核能、风能、太阳能等正在被大力发展。其中,核能由于具有高能量密度和低污染排放的特点而受到了广泛重视。然而,乏燃料中含有大量未反应的铀以及反应产生的高放射性的裂变产物及中子捕获产物,如何有效地对乏燃料进行后处理,提高燃料的回收利用率并且分离高放废物以降低处置压力是目前面临的一大难题。其中,有机磷类配体由于对锕系元素结合能力极强而被广泛应用于多种核废料分离方案中,如PUREX中的磷酸三丁酯(TBP)和固相分离的双膦酸树脂(Diphonix Resin)等。因此,系统研究锕系元素(尤其是铀)与有机膦类配体在不同条件下的微观作用机制对深入了解核乏燃料的后处理过程具有重要的指导意义。本研究主要利用水热法和离子热法,通过调节反应条件和离子液体(ILs)的种类,制备出一系列结构复杂多变的有机膦酸铀化合物,对它们进行X射线单晶衍射实验以获得结构中磷氧官能团与铀酰离子的配位模式,辅以吸收光谱和荧光光谱、EDS和X射线粉末衍射等手段对样品进行了表征,具体研究内容如下:1)通过调节反应时间和体系的pH,成功利用水热法制备了一批具有不同微观构型的有机膦酸铀晶体。结果表明在酸性条件下与U配位的氧原子全部来自于P=O双键氧,碱性条件下仅有P-O单键氧参与配位,而提高反应温度及延长反应时间有助于P-O单键氧参与配位生成热力学稳定的产物。另外,此类化合物的紫外可见近红外吸收光谱和荧光光谱数据都显示,铀酰配位环境对称性变化对其吸收峰和发射峰的相对强度影响非常大。2)在离子热的条件下,分别使用六类常用的离子液体作为溶剂和结构模板剂,合成出多种结构对称性和维度不同的有机膦酸铀晶体,为阐明其微观构型随离子液体种类的变化提供了基础。在反应中,离子液体的阳离子或其分解产物主要作为模板剂填充在结构的空腔或层间,小尺寸阴离子如F-离子能够与铀酰配位,而大尺寸阴离子如PF6-则不会。此外,研究发现此类化合物的变温吸收和荧光光谱的强度变化规律与配位阴离子密切相关,纯氧配位的其荧光强度随着温度降低而增强,而含F化合物的荧光强度反常的随着温度降低而降低。