科学家把铽装进“分子笼” 首次在常温常压下稳定住罕见的正四价状态

美国爱荷华大学领衔团队将铽原子困入“分子笼”，在常温常压下稳定并分离出罕见正四价铽。论文于2026年7月16日发表在《自然·通讯》，研究由美国能源部资助。该成果或为稀土分离开辟新思路，并推动量子计算和传感器发展。

稀土是智能手机、磁体和医疗设备的关键材料，但元素性质相似使分离困难。铽通常偏好稳定正三价，变为正四价需去掉一个电子，能量上不利。此前正四价铽需在严格无氧环境中制备。

爱荷华大学化学系助理教授科里·卡特与副教授佩雷·米罗共同领导研究。团队构建钨氧多金属氧酸盐并加入配体，形成笼状结构固定铽。随后加入过硫酸钾氧化剂去掉一个电子，使铽进入正四价态，并成功分离、详细描述。

卡特说，镧系元素偏好相同氧化态，改变状态并分离并不容易，通常需严格实验室控制。新方法无需专门控制条件，在常规温度、湿度和压力下完成。他比喻：“如果你在家里搭一套化学实验装置，那就和我们实验室里做的事情差不多。”

铽主要在中国开采，美国等少数国家也有产出。它是电视、荧光灯和LED显示屏绿色荧光粉的核心成分，也用于固态器件、燃料电池，并提升医用X射线安全性。新方法为更简便、低成本的铽分离提供概念验证，经验或可推及其他镧系元素。

让陌生化学状态更易获得，有助于探究量子技术相关性质，潜在应用包括计算和导航、医学成像传感器。卡特团队希望将方法拓展到放射性极强的锕系元素，这些元素用于抗癌治疗、心脏起搏器供电和烟雾探测器。卡特称，这为在爱荷华大学放射化学实验室继续推进相关化学提供了平台。