一项新的研究揭示了一种使用特殊设计的电极材料从海水中提取铀离子的有效方法。这种方法为传统的铀矿开采提供了一种可持续的替代方案，有可能将海洋变成巨大的核燃料来源。

　　地球的大部分表面都被海洋覆盖，海洋中充满了各种各样的生命。有趣的是，这些巨大的水体中也含有稀分布的铀离子。提取这些离子可能为核能发电提供一种可再生燃料。ACS Central Science最近的一项研究介绍了一种用于电化学提取的新材料。与以前的技术相比，这项创新在从海水中捕获难以捉摸的铀离子方面更有效。

　　核动力反应堆释放自然储存在原子内部的能量，并将其转化为热能和电能，方法是将原子分解——这一过程被称为裂变。铀已成为这一过程中最受欢迎的元素，因为它的所有形式都不稳定且具有放射性，很容易分裂。

　　目前，这种金属是从岩石中提取的，但铀矿储量是有限的。然而，据核能机构估计，有45亿吨铀以溶解的铀离子的形式漂浮在我们的海洋中。这个保护区的面积是陆地面积的1000多倍。然而，提取这些离子已被证明是具有挑战性的，因为这样做的材料没有足够的表面积来有效地捕获离子。因此，赵睿、朱光山和同事们想要开发一种具有许多微观角落和缝隙的电极材料，这种材料可以用于从海水中电化学捕获铀离子。

　　这种新的涂层布有效地从铀注入的海水中积累了铀(黄色)。资料来源:改编自ACS中央科学，2023,DOI: 10.1021/acscentsci.3c01291

　　新型电极材料的开发

　　为了制造他们的电极，该团队开始使用由碳纤维编织的柔性布。他们在布上涂上两种专门的单体，然后进行聚合。接下来，他们用盐酸羟胺处理布料，在聚合物上添加偕胺肟基团。这种布的天然多孔结构为偕胺肟提供了许多小口袋，可以让它们嵌套在里面，很容易捕获铀酰离子。

　　在实验中，研究人员将涂有涂层的布作为阴极放置在自然来源的海水中或加入铀的海水中，添加石墨阳极，并在电极之间运行循环电流。随着时间的推移，亮黄色的铀基沉淀物积聚在阴极布上。

　　在使用从渤海收集的海水进行的测试中，电极在24天内从每克涂覆的活性物质中提取出12.6毫克的铀。这种涂层材料的容量比该团队测试的大多数其他铀提取材料都要高。此外，使用电化学捕获离子的速度比简单地让它们自然积聚在衣服上快三倍左右。研究人员说，这项工作提供了一种从海水中捕获铀的有效方法，这可能使海洋成为核燃料的新供应商。

　　参考文献:陈定阳，李悦，赵欣悦，石敏思，石晓元，赵睿，朱光山，2023年12月13日，美国化学学会中心科学DOI: 10.1021 / acscentsci.3c01291

　　国家重点研发计划、国家自然科学基金、吉林省教育厅项目、吉林省科技厅自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项基金和“111”项目资助。