從ICFE-11看稀土資源分離、改質及應用成果現況：材料世界網

黃聖智 / 工研院材化所

前言

ICFE(International Conference on f Elements)會議致力於鑭系元素及錒系元素之各方面研究，包括：化學、物理、生物學、醫學、廢物回收及地質學等學科。第11屆大會於法國斯特拉斯堡舉行，會議論文分為五大主題：①高級配位與有機金屬化學；②催化與反應性；③磁性、光譜學、影像、治療及健康；④能源轉換、生產及貯存；⑤資源與可持續性。筆者這回主要參加的研討會為①、④、⑤項，本文將分享各主題所發表之論文重點，期對國內相關領域讀者有所幫助。

研討會論文重點分享

1. Expanding Actinide-Actinide Bonding

金屬分子化合物之金屬-金屬鍵結於化學領域中被廣泛研究，目前已經發展為成熟領域，包含了許多s區、p區及d區元素。相較之下，含錒系元素鍵結之可分離分子化合物則難以實現，受限於低溫惰性基質、光譜氣相瞬變物質或封裝在內嵌富勒烯中之雙原子，這些案例因規模太小或無法裝瓶而無法進一步研究。

最近，於神秘的環丁二烯基雙陰離子研究過程中，發現三鑭簇可以達成錒-錒鍵結。這個複合物因可結晶且可製備多克拉規模，於化合物中展現錒-錒鍵結而受到關注，且展現與常見的過渡金屬σ-/π-/δ-鍵結模式截然不同的σ-芳香性鍵結。

2. Synthesis and Reactivity of Anilidophosphine Supported Lanthanide Complexes

早期過渡金屬化學已獲得很好的應用，例如穩定高反應性的III族及IV金屬錯合物，但具有PN(P) 配位基的苯胺基膦配體在f元素中大多被忽視，尤其是鑭系元素。本研究介紹使用雙齒、單陰離子苯胺基膦 (簡稱PN) 配體來合成異配鑭系元素 (III) 錯合物，通式為Ln (PN) 2X (X = 陰離子輔助配體)。特別是膦錯合物(圖一(a))，探討其插入化學以及與酮、異氰酸酯的後續反應性。此外，還評估PN配位框架穩定末端膦亞膦配合物的傾向。介紹重氰酸根離子的第一個η3-配位基，即[SCP]–陰離子(圖一(b))及後續的化學活化。

圖一、(a)以苯胺磷配體為支架的主要磷化物；(b) 2-磷乙炔硫酮錯合物

3. Scintillators, persistent luminescent and white light emitters: Progresses on UV and X-ray converters

近年來，檢測和轉換高能輻射，例如紫外線和X射線，又再次引起了關注。部分原因是在放射影像學及斷層攝影技術方面的技術應用已經有了相當大的進展，實現更低的劑量及更高的分辨率，這需要優化後的閃爍體及劑量計。另一方面，為了減少能源生產的碳足跡，從光催化劑到太陽能聚光器不等，已經發展出能夠利用陽光驅動的材料。在IFSC/USP的LEM通功能材料光譜實驗室，持續開發用於應對這兩個挑戰的大面積玻璃、多晶材料及複合材料。本文介紹這些材料的最新進展及現況，例如，少數商業化閃爍體是晶體材料，其生長成本高且耗時，這阻礙了新組合產品的發展。玻璃和玻璃陶瓷具有高密度、良好的光學性能及高化學穩定性，這使得它們在摻雜低濃度的Ce³⁺、Eu³⁺及Tb³⁺時能夠產生放射線，有希望成為閃爍晶體的替代品，例如實驗室開發的NaPGaW組合物。另一方面，基於嵌入NaPGa玻璃中的持久發光多晶材料Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺ (SMSO) 的玻璃熒光粉 (PiG) 複合材料，為將紫外光轉換為可見光提供了機會，可用於產生白光(照明)，與c-Si光伏電池結合，改善陽光的收集、轉換及光催化。

玻璃是透過傳統的熔融淬火技術製備的，當需要玻璃陶瓷時，會進行控制加熱。持久發光磷光體是通過微波輔助技術 (MAS) 製備，比一般的固態合成更為快速，顯著降低能耗。這些材料從結構、形態和光譜(光學 - UV-Vis、PL、PLE，結構 - NMR、EPR)角度進行表面分析，不斷尋求結構-性質相關性，以反饋合成和加工。圖二有兩個範例，分別為摻雜Tb³⁺的閃爍劑玻璃(圖二(a))及摻雜Eu²⁺和Dy³⁺的PiG複合材料(圖二(b))。