新型光致異構復合材料實現海水鈾精準識別與高效提取
3月26日，記者從蘭州大學獲悉，該校稀有同位素前沿科學中心研究團隊近日成功研發出一種基于光動態調控的金屬有機框架（MOFs）新材料，實現了復雜海水體系中鈾的精準識別和高效提取，材料在海水鈾資源高效提取領域展現出較大潛力。相關研究成果發表在國際期刊《自然·通訊》上。
從復雜海水體系中高效提取鈾資源對核能可持續發展意義重大。然而，海洋環境中的鈾濃度極低，且與具有相似化學性質的釩在常規吸附過程中產生強烈競爭，使得二者難以分離開來，對傳統吸附材料帶來較大挑戰。
“通過構建尺寸匹配的孔道和精準調控配位微環境方法，可改善材料的鈾釩選擇性，但過于精確的構效設計往往會導致材料比表面積下降和活性位點密度降低。”團隊主要成員、蘭州大學稀有同位素前沿科學中心潘多強教授介紹。因此，如何兼顧對鈾的精準識別和高效吸附，是海水提鈾領域亟待解決的問題。
鈾釩物種之間的幾何構型和尺寸差異，為通過孔道限域策略實現鈾的精準識別提供了可能。此外，MOFs憑借其可調節的內部孔結構和豐富的活性位點，為客體離子的識別和捕獲提供了豐富的限域微環境。
鑒于此，研究團隊創新性地提出了一種動態響應的空間配位策略，將具有光異構化特性的二芳基乙烯（DAE）光開關引入至MOFs孔道結構，通過紫外-可見光的輻射調控，動態調節MOFs的孔徑和配位環境，為鈾的捕獲提供了精確的約束條件。
測試結果顯示，光致異構復合MOFs對鈾的吸附量可達到588.24 mg·g?1，鈾釩分離因數比達到了215，該數值超越了目前模擬/天然海水體系中已有報道的所有材料。
“理論計算表明，MOFs孔道結構與鈾物種之間的尺寸匹配，以及DAE光開關與鈾物種之間的空間配位，綜合決定了材料的高鈾釩選擇性和高吸附容量。”潘多強表示。該研究成果為海水中的鈾資源的高效獲取提供了一種新穎且有效的技術路徑。
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