来源：ACS Publications
三价镅 （Am3+） 和铕 （Eu3+）仍然是核化学和放射性废物处理的一个基本挑战。尽管属于不同的 f 区元素组——分别是锕系元素和镧系元素——Am3+和Eu3+由于它们的离子半径和电荷尺寸比几乎相同，因此表现出非常相似的化学性质。这种相似性使它们在溶剂萃取、离子交换和色谱过程中的区分变得复杂。而使用有机配体的溶剂萃取是一种广泛使用的分离 Am 的方法3+和Eu3+实现高选择性仍然具有挑战性，因此有必要设计具有增强这些金属离子之间区分能力的新型有机配体结构。Am3+ 的理想有机配体分离应表现出对 Am3+ 的强结合亲和力同时最大限度地减少与 Eu3+ 的交互在核废料处理条件下。此外，它应具有热力学和动力学稳定性，并在放射条件下具有弹性。许多常用的配体在辐射爆炸下会降解，构成重大限制。配体设计的最新进展表明，某些有机支架，例如基于羧酸盐的萃取剂，由于细微的配位化学效应而产生的选择性。此外，软供体配体（例如含硫醇的基团）优先与较软的 Am3+ 结合比更硬的Eu3+而配体预组织已被强调为优化选择性的关键因素。
密度泛函理论在设计、理解和优化增材制造方面发挥了关键作用Am3+和Eu3+分离，为探索电子结构和结合能量提供了一种经济高效的方法。这是因为 DFT 恢复了一些电子相关性，并且其计算缩放成本仅为相关波函数理论 （WFT） 方法的一小部分。高水平量子力学计算对于使混合供体系统（例如巯基-膦酸盐）的行为合理化至关重要，这些系统对 Am 表现出增强的选择性3+。此外，用靶向取代基对 1,10-菲咯啉核心进行官能化已成为实现 Am3+和Eu3+分离因子 （SF） 增强的可行。
DFT 引导配体筛选的最新进展促进了 Am3+/Eu3+ 高选择性萃取剂的开发分离。之前用 DFT 检查的一些已报道的配体如图 1 所示，此后标记为 L1，L2、和 L3。L1 和 L3 已经通过实验合成和表征。值得注意的是，Xiao 等人在图 1 中引入了一种不对称配体 L4，它整合了羧酰胺和三嗪部分，以增强金属-配体相互作用（更高的结合强度）以及更高的 Am 选择性3+.他们基于 DFT 的分析报告了有利于 Am 的自由能差 （ΔΔG） 为 -3.73 kcal/mol3+.(42)这里，ΔΔG 值表示 Am 的结合自由能 （ΔG） 的差异3+和欧洲3+到配体。此外，L4 对三价镧系元素的提取可以忽略不计，并且可以轻松剥离捕获的 Am3+在弱酸性条件下，强调了它在核废料管理中的实际效用。