山东
IT之家 9 月 2 日消息，中国科学院青岛生物能源与过程研究所（简称“青岛能源所”）宣布，该所研究团队近期在海水提铀材料领域取得系列进展。
团队首次将离散分子拓扑设计引入多孔有机笼体系，合成出磷酸功能化材料 PhosCage，并进一步将其与芳纶纳米纤维复合，制备出兼具高选择性、高容量和抗生物污损能力的复合气凝胶微球 AC-POC。相关成果发表于国际学术期刊《危险材料杂志》和《分离纯化技术》。
据介绍，核能作为高能量密度的基荷能源，在实现碳中和目标中发挥着关键作用。目前，陆地铀资源的迅速消耗严重制约了核工业的可持续发展。而海洋中蕴藏着约 45 亿吨铀资源，是陆地含铀矿石的近千倍。然而，真实海水环境复杂，铀浓度极低（约 3.3 ppb），且存在严重的共存离子竞争（特别是钒离子）、生物附着以及界面传质阻力等问题。
青岛能源所团队提出离散分子拓扑设计策略，在多孔有机笼的层间纳米空间内定向构建磷酸吸附簇，制备出首例磷酸功能化多孔有机笼材料 ——PhosCage。在实验室条件下，PhosCage 仅需 5 分钟即可达到吸附平衡；在多个海域的真实海水样品中，其最高提铀容量达 50.4mg/g，是美国能源部相关基准的 8.4 倍。
在此基础上，为了进一步解决在实际海洋工程部署中面临的粉末材料难以部署和微生物附着等问题，研究团队巧妙地将 PhosCage 与芳纶纳米纤维结合，采用物理缠结与化学锁定相协同的策略，规模化制备了具有协同螯合作用的新型复合气凝胶微球 — AC-POC。
该微球内部具有连通的孔隙通道，其内部交织的磷酸根和羧基更是构建了一个强效的协同供电子配位环境，有效降低了铀酰离子的配位能垒，也就是化学反应发生前需要跨越的能量门槛。这使得捕获反应更容易发生，从而提升了对铀酰离子的捕获效率。
研究显示，在多离子竞争体系中，AC-POC 表现出高选择性；在天然海水中连续运行 15 天后，其动态提铀容量为 22.55mg/g，达到美国能源部相关基准的 3.8 倍。同时，微球表面负电荷可抑制微生物附着和生物膜形成，有助于提升材料在真实海洋环境中的服役稳定性。
IT之家获悉，该研究填补了多孔有机笼材料在海水提铀领域的空白，也为高抗污、高选择性和高容量的可持续海水提铀吸附材料设计奠定了理论与工程基础。
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