海水提铀基础材料取得突破，核燃料供应新途径

近日，一项从海水中高效提取铀的研究成果在可持续碳材料上发表，引起了能源与材料科学领域的广泛关注。该论文的标题是“通过结构几何和功能活性位点修饰，通过共价有机框架从海水中超高提取铀”。由潍坊大学太西石教授和华北电力大学孙振立教授牵头。研究团队通过独特的分子结构设计，显着提高了从海水中提取铀的效率和选择性，为未来核燃料的可持续供应开辟了新途径。为什么要从海水中“挖铀”？核能作为清洁高效的能源，对于实现“碳达峰”和“碳中和”目标发挥着重要作用。然而，地球的陆地铀储量、燃料使用d 核电站的电流只能维持约 70 年的需求。相比之下，海洋中大约有45亿吨铀，足以支持人类数千年的核能发展。不幸的是，海水中的铀浓度很低，并且含有大量其他金属离子和微生物。如何高效、经济地提取铀一直是全世界科学家面临的难题。在这项“精确定制”分子陷阱的最新研究中，科学家们使用了一种名为“共价有机框架”（COFS）的小型材料。 Mr这类材料具有可调节的结构和表面修饰，是吸附分离领域的明星材料。研究小组专门设计了一种带有磺酸基（能够强烈捕获金属离子的化学单元）的COF材料，通过精确控制化学反应条件，成功控制了堆叠ng方法在其分子层之间构建了两种不同的结构：一种是普通的AA堆叠，另一种是新颖的AB堆叠。说明文字：A：S-CoF 材料的两种不同堆叠方法（AA 和 AB）的顶视图和侧视图。 AA 堆栈就像平板，而 AB 堆栈就像交错的板。后者自然形成更复杂的“小口袋”。 B：与迄今为止报道的 17 种其他材料相比，能够在一天内从海水中提取铀 mula。 C：结构验证图 主要实验突破在于AB堆叠图案就像一个精心设计的“分子陷阱”。这形成了尺寸约为0.9纳米的空腔。空腔内的四个磺酸基呈空间排列，只能容纳一个铀酰离子（海水中铀的形式），并形成稳定的四面配位结构。这种设计就像铀离子的“合适的钥匙孔”，有效地仅捕获目标离子并“转瞬即逝”实验验证：吸附力强、选择性高、结构清晰。为了验证这种材料的性能，ANG研究组进行了一系列实验： 真实环境吸附测试：研究人员将制备好的S-Cof-AB材料直接放置在真实的天然海水中进行测试。结果令人兴奋：短短24小时，每克铀就高达31.5毫克与其他报道的18种先进材料相比，它的提取能力高达1000倍，有效防止铀离子被捕获后，它们如何留在“口袋”中？ (XAFS) 分析结果。sis明确表明，铀离子与材料袋中的四个氧原子结合，其键长和配位环境与常见的铀化合物uo2(no3)2·6h2o非常一致。这就像通过“分子指纹”比对直接证实了“四个配位口袋”的成功构建。计算机模拟揭示了吸附的本质：实验现象背后有深刻的原理。研究团队通过密度泛函理论（DFT）计算，在计算机上模拟了各种离子掺入材料的微观过程。计算结果表明，铀酰离子在AB叠层材料上的吸附能高达-9.83 eV，表明结合非常强。相比之下，在 AA 材料堆叠中，ang 吸附能仅为 -6.60 eV。对于钠、镁、铁、钒等干扰离子，其在AB stac上的吸附能k 材料非常小（小于-0.71 eV）。这些数据有力地证明了这个“口袋”对铀有“爱的拥抱”，而与其他离子只有“轻轻的接触”，这从物理上解释了其超高选择性的原因。从实验室到海洋尽管在实验室取得了令人兴奋的成果，但实现海洋提铀的大规模应用仍面临成本、材料稳定性和抗生物粘附能力等诸多挑战。研究人员指出，理想的海洋提铀材料不仅应具有较高的吸附能力，而且应可重复使用、环境友好、易于工业化生产。这项研究的重要意义在于，它首次提出了“堆叠模式工程”的概念，为未来设计具有高选择性吸附能力的材料提供了新思路。随着材料科学和工程技术的不断进步，提取物海水提铀可以成为核燃料供应链的重要组成部分，为人类能源结构的绿色转型提供有力支撑。编辑：吴欧论文信息发布期刊可持续碳材料发布2025年11月6日论文标题通过结构几何和功能活性位点修饰共价有机框架从海水中超高提取铀（DOI：https://doi.org/10.48130/SCM-0025-0007） 特别声明：以上内容（如有，包括照片或视频）由自媒体平台“网易号”用户上传发布。本平台仅提供信息存储服务。 注：以上内容（包括照片和视频，如有）由网易号用户上传发布，网易号为社交媒体平台，仅提供信息存储服务。