近日，苏州大学王殳凹教授领衔的放射化学研究团队联合我校材料科学与工程学院院长欧阳晓平院士、苏州大学纳米科学技术学院、西安高新技术研究所等研究人员提出了一种基于“内置能量转换器”的锕系微型核电池结构设计理念（图1），通过将锕系元素与发光镧系元素的分子层级耦合，实现了放射性核素衰变能到光能转换效率近8000倍的提升并组装了目前已知效率最高的辐光伏核电池。研究成果《一种高效光伏微核电池》（Micronuclear battery based on a coalescent energy transducer）在《自然》（Nature）上发表。苏州大学王殳凹、王亚星，欧阳晓平院士为共同通讯作者，我校为通讯作者单位之一。

图1：新型锕系微型核电池的结构设计理念示意图

微型核电池是将放射性同位素衰变能转换为电能的装置。然而，在传统的微型核电池构型中，严重的自吸收效应阻碍了锕系α衰变能的转换，使得高效锕系放射性同位素微核电池的开发极具挑战（图1左）。针对这一难题，团队提出了一种基于“内置能量转换器”的锕系微型核电池架构，其中锕系核素²⁴³Am和发光镧系元素Tb³⁺共组装成晶态配位聚合物，实现了放射性核素与能量转换单元在分子层级的耦合（图1右）。²⁴³Am衰变产生的α粒子能量极为高效地沉积到周围的镧系元素上，产生显著的辐射发光现象。在仅使用11μCi放射性核素情况下，内置能量转换器中²⁴³Am内辐照诱导出功率为11.88 nW的自发光，衰变能到光能的转换效率高达3.43%。此外，该内置能量转换器具有卓越的结构稳定性和发光稳定性。据此，团队开发了一种全新的锕系微型光伏核电池，实现了破纪录的0.889%的总能量转换效率和139μW·Ci-1的单位活度功率。该微型核电池在持续运行200小时内，性能参数几乎没有衰减（图2）。该成果为锕系核素在非核燃料循环领域的资源化利用打开了新的方向。

图2： 新型锕系微型核电池的性能研究

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07933-9