新型光致異構(gòu)復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)海水鈾精準(zhǔn)識(shí)別與高效提取
3月26日，記者從蘭州大學(xué)獲悉，該校稀有同位素前沿科學(xué)中心研究團(tuán)隊(duì)近日成功研發(fā)出一種基于光動(dòng)態(tài)調(diào)控的金屬有機(jī)框架（MOFs）新材料，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜海水體系中鈾的精準(zhǔn)識(shí)別和高效提取，材料在海水鈾資源高效提取領(lǐng)域展現(xiàn)出較大潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》上。
從復(fù)雜海水體系中高效提取鈾資源對(duì)核能可持續(xù)發(fā)展意義重大。然而，海洋環(huán)境中的鈾濃度極低，且與具有相似化學(xué)性質(zhì)的釩在常規(guī)吸附過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈競爭，使得二者難以分離開來，對(duì)傳統(tǒng)吸附材料帶來較大挑戰(zhàn)。
“通過構(gòu)建尺寸匹配的孔道和精準(zhǔn)調(diào)控配位微環(huán)境方法，可改善材料的鈾釩選擇性，但過于精確的構(gòu)效設(shè)計(jì)往往會(huì)導(dǎo)致材料比表面積下降和活性位點(diǎn)密度降低。”團(tuán)隊(duì)主要成員、蘭州大學(xué)稀有同位素前沿科學(xué)中心潘多強(qiáng)教授介紹。因此，如何兼顧對(duì)鈾的精準(zhǔn)識(shí)別和高效吸附，是海水提鈾領(lǐng)域亟待解決的問題。
鈾釩物種之間的幾何構(gòu)型和尺寸差異，為通過孔道限域策略實(shí)現(xiàn)鈾的精準(zhǔn)識(shí)別提供了可能。此外，MOFs憑借其可調(diào)節(jié)的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)和豐富的活性位點(diǎn)，為客體離子的識(shí)別和捕獲提供了豐富的限域微環(huán)境。
鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種動(dòng)態(tài)響應(yīng)的空間配位策略，將具有光異構(gòu)化特性的二芳基乙烯（DAE）光開關(guān)引入至MOFs孔道結(jié)構(gòu)，通過紫外-可見光的輻射調(diào)控，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)MOFs的孔徑和配位環(huán)境，為鈾的捕獲提供了精確的約束條件。
測試結(jié)果顯示，光致異構(gòu)復(fù)合MOFs對(duì)鈾的吸附量可達(dá)到588.24 mg·g?1，鈾釩分離因數(shù)比達(dá)到了215，該數(shù)值超越了目前模擬/天然海水體系中已有報(bào)道的所有材料。
“理論計(jì)算表明，MOFs孔道結(jié)構(gòu)與鈾物種之間的尺寸匹配，以及DAE光開關(guān)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(qiáng)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(shù)路徑。
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