利用花岗岩基铝硅酸盐玻璃实现超高CeO2负载的核废料固化机制研究

本文系统研究了Si/Al摩尔比对铝硅酸盐玻璃固化核废料性能的影响，通过调控[AlO4]/[AlO6]单元转化实现CeO2超高负载（20 wt.%），其缩短的Ce-O键长（2.27 ?）和增强的桥氧结构显著提升了玻璃体系的结构稳定性（chemical durability）与机械性能，为低成本花岗岩基核废料固化体（glass waste forms）的开发提供了关键理论依据。

　　

Highlight

本研究聚焦铈掺杂铝硅酸盐玻璃中Si/Al摩尔比与其结构特性及性能的相互作用。在未掺杂样品中，当Si/Al摩尔比为5:1时，Al₂O₃完全溶解。增加Al₂O₃含量会导致[AlO₆]单元的形成，这可能破坏玻璃网络。然而，Ce掺杂剂的引入促进了从[AlO₆]单元分解产生的游离氧的捕获，从而促进了更稳定的[AlO₄]单元的形成。

Structure of samples with various Si/Al molar ratios

Si/Al摩尔比被选为本研究的变量参数，因为Si和Al是花岗岩的主要成分，其含量是花岗岩类型的指标[10, 34, 35]。图3展示了具有不同Al₂O₃含量的调整花岗岩的XRD图谱。对于铝含量最低的样品（Si/Al摩尔比为7:1），仅观察到一个对应于Fe₃O₄（PDF#99-0073）的弱峰。随着铝含量的增加，Fe₃O₄峰逐渐消失，并出现了明显的Al₂O₃峰。

Effect of the presence of Ce on the glasses structure

本研究调查了一系列铝硅酸盐玻璃的合成，这些玻璃不仅包含Si-O-Si网络的结构单元，还融入了Al-O键，特别是[AlO₄]结构。[AlO₄]单元的增加表明核废料掺入能力的增强，因为Al可以替代Si形成潜在更大的网络空间[28]。然而，过量的铝含量会导致[AlO₆]单元的形成，这些单元会释放游离氧并充当网络修饰体，从而降低玻璃的整体稳定性。

Conclusion

（此部分原文未提供具体结论内容，仅保留标题框架）