上海應物所堆用含鈹熔鹽結構原位研究取得重要進展

近日，中國科學院上海應用物理研究所熔鹽化學工程技術部在堆用高溫氟化物熔鹽結構原位研究取得重要進展，基于高溫核磁共振技術詳細闡述了FNaBe與FLiBe高溫熔鹽中Be-F絡合結構的異同。相關成果發表于知名化學類期刊《JACS Au》（論文題目：“HT-NMR studies of the Be-F coordination structure in FNaBe and FLiBe mixed salts”）及《Physical Chemistry Chemical Physics》上（論文題目：“Probing the local structure of FLiBe melts and solidified salts by in situ high-temperature NMR”）。

含鈹熔鹽是第四代熔鹽核能反應堆系統中重要的冷卻劑及核燃料載體候選物質。相比于7LiF-BeF2 (FLiBe)熔鹽，NaF-BeF2 (FNaBe)熔鹽具有更好的經濟性，有助于商業化大規模應用。熔鹽微觀配位結構對離子的擴散、運動能力及熔鹽性能有重要影響，但目前FNaBe熔鹽的研究相對匱乏，尤其是針對其微觀結構的實驗研究亟待開展。上海應物所熔鹽研究團隊基于前期高溫熔鹽原位分析技術的基礎，結合高溫核磁共振及第一性原理分子動力學模擬，對FNaBe與FLiBe熔鹽中離子配位結構的差異性進行了系統的研究。該工作結果表明二者主體結構基本一致，均是由四面體配位而形成的無序的Be-F鏈狀及網絡結構，表明在熔鹽反應堆應用中利用FNaBe鹽代替FLiBe鹽的理論可行性及巨大潛力。此外，進一步分析實驗結果并結合AIMD的理論模擬，表明與FLiBe相比，FNaBe中會形成更多的Be-F網絡結構，呈現出更加無序的結構特征，這些差異可能導致FNaBe鹽作為冷卻劑和燃料鹽時粘度、熱容量等性能發生一定變化，為理解熔鹽結構與性能關系及熔鹽性能優化提供了啟示和理論支持。

本項研究受到了國家自然科學基金青年基金項目和上海應物所青年科技之星項目的資助。（熔鹽化學工程技術部?供稿）

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.4c00177