新型光致异构复合材料实现海水铀精准识别与高效提取

3月26日，记者从兰州大学了解到，近日，该校稀有同位素前沿科学中心研究团队成功研发出一种基于光动态调控的金属有机框架(MOFs)新材料实现了复杂海水系统中铀的精确识别和高效提取，在海水铀资源的高效提取领域具有很大的潜力。相关研究成果发表在国际期刊《自然与通信》上。

光致异构复合MOFs及其选择性铀捕获过程示意图。受访者提供图片

高效地从复杂的海水系统中提取铀资源对核能可持续发展具有重要意义。但海洋环境中铀浓度极低，在常规吸附过程中与化学性质相似的钒竞争激烈，难以分离，给传统吸附材料带来巨大挑战。

“材料铀钒的选择性可以通过构建尺寸匹配的通道和精确调节配位的微环境方法来提高，但过于精确的效果设计往往会导致材料比表面积和活性位点密度的降低。”兰州大学稀有同位素前沿科学中心的主要团队成员潘多强教授介绍。因此，如何兼顾铀的精确识别和高效吸附，是海水铀提取领域亟待解决的问题。

铀钒物种之间的几何形状和尺寸差异为通过孔道限域战略实现铀的精确识别提供了可能性。此外，MOFs为客体离子的识别和捕捉提供了丰富的限域微环境，其可调节的内孔结构和丰富的活性位点。

有鉴于此，研究小组创新性地提出了一种动态响应的空间配位策略，将具有光异构化特性的二芳基乙烯(DAE)通过紫外线-可见光的辐射调节，将光开关引入MOFs孔道结构，动态调节MOFs孔径和配位环境，为铀捕获提供了精确的约束条件。

测试结果表明，光致异构复合MOFs对铀的吸附可达588.24. mg·g?铀钒分离因数比达到215，超过了目前模拟/天然海水系统中已经报道的所有材料。

“理论上，MOFs孔道结构与铀物种的尺寸匹配，DAE光开关与铀物种的空间配位，综合决定了材料的高铀钒选择性和高吸附能力。”潘多强说。这项研究的结果为高效获取海水中的铀资源提供了一条新颖有效的技术路径。