近日，我校化學學院朱廣山教授團隊在海水提鈾領域取得重要突破。該團隊提供了一種有效的策略來構建分子印跡多孔框架材料，以滿足直接從海水中捕獲鈾酰離子的需求。該工作為開發快速、高容量的海水提鈾材料提供了新思路。相關成果以“High-capacity uranium extraction from seawater through constructing synergistic multiple dynamic bonds” 為題，發表在國際著名期刊《Nature Water》上。
海水中含有最大的鈾資源儲量，約為45億噸，這一潛在的巨大資源有望支撐數千年的核能生產。然而，海洋中鈾的濃度極低（約3.3ppb），且與大量干擾離子共存。過去幾十年，已有多種方法被開發用于從海水中提取鈾，包括：電催化還原、光催化還原和吸附等。在這些方法中，吸附法因其操作簡單、能耗低，成為工業化提取海水中鈾的最有前景路線。然而，目前的吸附劑通過配位鍵提取鈾酰離子（UO22+），在容量、選擇性和工作時間等方面都未能達到實際應用的要求。針對上述關鍵科學問題，朱廣山教授團隊選擇了三甲酸苯作為[UO2(CO3)3]4?陰離子的模板，合成了兩種具有相同hcb拓撲結構、豐富羥基基團和不同孔徑的分子印跡多孔框架材料。在納米尺度的限制空間內，形成特異性的三碳酸鈾酰根陰離子納米通道。
圖1 海水提鈾示意圖
該納米通道表現出高鈾提取能力，在400分鐘內去除率> 99.99%（初始濃度為5 ppm，溫度為298 K，pH = 8–9）。值得注意的是，七天內從天然海水中獲得了23.66 mg g-1的鈾吸附量，超過傳統偕胺肟基吸附劑350%。理論計算表明在1.2 nm大小的框架空腔中，NH4+陽離子與羥基基團通過多重靜電和氫鍵相互作用選擇性地結合三碳酸鈾酰離子。
圖2 材料的設計策略
該成果的第一作者為我校化學學院博士研究生導師元野教授和博士研究生曹豆豆；通訊作者為我校化學學院朱廣山教授。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目和優秀青年項目的支持。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s44221-024-00346-y
