科研学术

近日，基础与前沿研究院岳秦教授团队联合复旦大学赵东元院士团队，在海水铀资源高效提取领域取得重要进展。研究团队通过晶体相工程与纳米结构精准调控，突破了 “无机碳酸盐吸附能力低” 的传统认知，成功制备出纳米沙漏型介孔球霰石碳酸钙（VmCaCO₃），实现海水铀吸附性能大幅超越现有材料。相关研究以 “Architectured Mesoporous Vaterite Nanohourglasses for High Efficiency Uranium Capture” 为题，发表于期刊《Journal of the American Chemical Society》（JACS）。基础与前沿研究院2023级博士生马东生为论文第一作者，岳秦教授与复旦大学赵东元院士为共同通讯作者，电子科技大学为第一完成单位。

核能作为零碳、高能量密度清洁能源，是实现 “双碳” 目标的关键支撑。海水中铀储量高达45亿吨，远超陆地铀矿资源，但其浓度极低、干扰离子复杂，传统吸附材料存在成本高、动力学慢、容量低等瓶颈。无机碳酸钙储量大、成本低，但长期被认为不适合高效提铀。研究团队从晶相调控与纳米形貌精准构筑入手，采用三乙胺辅助气体扩散法，通过氢键诱导选择性生长，成功合成形貌均一的纳米沙漏型介孔球霰石，并可通过钙离子/碳酸根比例与剪切力，精准调控为纳米纺锤、纳米盘等结构。该材料在模拟铀溶液中饱和吸附容量达1325mg-U/g，真实海水吸附容量高达125mg-U/g，同时对钒等干扰离子具备优异选择性。研究结合DFT理论计算阐明了晶相依赖提铀新机制：球霰石具有独特二维层状晶体结构，碳酸根可沿c轴旋转，且与铀酰离子形成多齿配位，相比于方解石相，球霰石相具有更负的吸附能；同时层间结构降低空间位阻，具有更强的界面电子局域效应，大幅提升提铀动力学。该成果从晶体结构‑提铀性能关系，提出基于球霰石相无机碳酸盐高效提铀的新策略。所开发的纳米沙漏型球霰石具有原料廉价、制备简单、可规模化、稳定性强等优势，对保障国家核燃料安全、推动核能可持续发展具有重要应用价值。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c00423