近日，蘇州大學(xué)王殳凹教授領(lǐng)銜的放射化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合我校材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)歐陽(yáng)曉平院士、蘇州大學(xué)納米科學(xué)技術(shù)學(xué)院、西安高新技術(shù)研究所等研究人員提出了一種基于“內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器”的錒系微型核電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念（圖1），通過將錒系元素與發(fā)光鑭系元素的分子層級(jí)耦合，實(shí)現(xiàn)了放射性核素衰變能到光能轉(zhuǎn)換效率近8000倍的提升并組裝了目前已知效率最高的輻光伏核電池。研究成果《一種高效光伏微核電池》（Micronuclear battery based on a coalescent energy transducer）在《自然》（Nature）上發(fā)表。蘇州大學(xué)王殳凹、王亞星，歐陽(yáng)曉平院士為共同通訊作者，我校為通訊作者單位之一。

圖1：新型錒系微型核電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念示意圖

微型核電池是將放射性同位素衰變能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。然而，在傳統(tǒng)的微型核電池構(gòu)型中，嚴(yán)重的自吸收效應(yīng)阻礙了錒系α衰變能的轉(zhuǎn)換，使得高效錒系放射性同位素微核電池的開發(fā)極具挑戰(zhàn)（圖1左）。針對(duì)這一難題，團(tuán)隊(duì)提出了一種基于“內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器”的錒系微型核電池架構(gòu)，其中錒系核素²⁴³Am和發(fā)光鑭系元素Tb³⁺共組裝成晶態(tài)配位聚合物，實(shí)現(xiàn)了放射性核素與能量轉(zhuǎn)換單元在分子層級(jí)的耦合（圖1右）。²⁴³Am衰變產(chǎn)生的α粒子能量極為高效地沉積到周圍的鑭系元素上，產(chǎn)生顯著的輻射發(fā)光現(xiàn)象。在僅使用11μCi放射性核素情況下，內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器中²⁴³Am內(nèi)輻照誘導(dǎo)出功率為11.88 nW的自發(fā)光，衰變能到光能的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)3.43%。此外，該內(nèi)置能量轉(zhuǎn)換器具有卓越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和發(fā)光穩(wěn)定性。據(jù)此，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種全新的錒系微型光伏核電池，實(shí)現(xiàn)了破紀(jì)錄的0.889%的總能量轉(zhuǎn)換效率和139μW·Ci-1的單位活度功率。該微型核電池在持續(xù)運(yùn)行200小時(shí)內(nèi)，性能參數(shù)幾乎沒有衰減（圖2）。該成果為錒系核素在非核燃料循環(huán)領(lǐng)域的資源化利用打開了新的方向。

圖2： 新型錒系微型核電池的性能研究

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07933-9