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海水是世界上最大的鈾儲量，從海水中高效提取鈾可以促進核工業(yè)數(shù)千年的可持續(xù)發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的萃取過程必須經(jīng)歷CO₃^2?離子從[UO₂(CO₃)₃]^4?陰離子解離才能結(jié)合鈾酰核心，而鈾酰核心具有高能壘，導致選擇性差和工作時間長。

2025年1月2日，東北師范大學朱廣山教授在國際頂級期刊Nature Water發(fā)表題為《High-capacity uranium extraction from seawater through constructing synergistic multiple dynamic bonds》的研究論文，Ye Yuan、Doudou Cao為論文共同第一作者，朱廣山教授為論文通訊作者。

創(chuàng)紀錄！他，博畢3年即211教授，東師院長/「國家杰青/長江特聘」，新發(fā)Nature Water！

朱廣山，東北師范大學化學學院教授、院長，國家杰青，長江學者特聘教授，“萬人計劃”中青年科技創(chuàng)新領軍人才。1971年出生，1993年、1998年獲得吉林大學學士和博士學位，隨后留校工作，期間1999-2000年前往日本東北大學從事博士后研究，2001年晉升為教授，2017年至今擔任院長。

朱廣山教授的研究工作涉及吸附分離導向的多孔芳香骨架（PAFs）的設計合成及先進功能應用，多孔支撐膜的制備及其氣體分離，金屬有機框架材料的設計合成以及納米孔材料藥物傳輸體系等方面的研究。在本領域產(chǎn)生了較強學術影響，獲得國內(nèi)外同行的高度評價。截至2022年8月，他在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Adv. Mater.等國內(nèi)外雜志發(fā)表研究論文420余篇，他引20000余次。

在這里，作者結(jié)合分子模板策略來合成幾種具有可調(diào)納米孔尺寸的富含羥基的共價有機框架。在1.2 nm大小的共價有機骨架空腔中，羥基與氫鍵NH₄⁺陽離子偶聯(lián)，通過協(xié)同靜電和氫鍵相互作用選擇性地結(jié)合三碳酸鈾酰離子。

該框架表現(xiàn)出高鈾提取能力，400分鐘內(nèi)去除率>99.99%（溫度298K下初始濃度5 ppm，pH=8-9）。

值得注意的是，7天內(nèi)從天然海水中吸收鈾的能力達到了創(chuàng)紀錄的23.66?mg?g^?1，超過了傳統(tǒng)的基于偕胺肟的吸附劑350%。

圖1：富含羥基的COF網(wǎng)絡的示意圖

圖2：結(jié)構(gòu)和孔環(huán)境

圖3：富含羥基COF的離子吸收

圖4：鈾吸附機制

圖5：從真實海水中回收和吸收鈾

綜上，作者研究了一種從海水中高效率提取鈾的方法，通過構(gòu)建協(xié)同多重動態(tài)鍵的共價有機框架（COF）材料。研究人員成功實現(xiàn)了從自然海水中快速、高容量地提取鈾，具有重要的能源可持續(xù)性和核能發(fā)展意義。

研究團隊合成了幾種富含羥基的COF，這些材料能夠通過協(xié)同靜電和氫鍵作用選擇性地結(jié)合鈾酰碳酸鹽離子，展示了超過99.99%的鈾提取率和23.66 mg/g的吸附容量。這一成果對于核能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義，因為它提供了一種從海水中高效提取鈾的新途徑，有助于緩解鈾礦資源壓力，并可能對未來的核能利用和鈾資源回收技術產(chǎn)生深遠影響。

Yuan, Y., Cao, D., Cui, F.et al.?High-capacity uranium extraction from seawater through constructing synergistic multiple dynamic bonds.?Nat Water (2025).?

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