利用海洋的隐藏力量：新技术从海水中提取铀用于核能

地球表面的大部分被海洋覆盖，海洋中充满了各种各样的生命。有趣的是，这些巨大的水体还含有稀释分布的铀离子。提取这些离子有可能为核能发电提供可再生燃料。ACS Central Science最近的一项研究介绍了一种专为电化学萃取而设计的新材料。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，并通过将原子分解来将其转化为热能和电能——这一过程称为裂变。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，因此易于分裂。

目前，这种金属是从岩石中提取的，但铀矿床是有限的。然而，核能机构估计，有 45 亿吨铀作为溶解的铀酰离子漂浮在我们的海洋中。这个保护区是陆地上的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捕获离子。因此，Rui Zhao、Guangshan Zhu及其同事希望开发一种具有许多微观角落和缝隙的电极材料，可用于从海水中电化学捕获铀离子。

这种新的涂层布有效地将铀（黄色）从铀尖刺的海水中积聚在其表面。图片来源：改编自 ACS Central Science，2023 年，DOI：10.1021/acscentsci.3c01291

创新电极材料开发

为了制造电极，该团队从碳纤维编织的柔性布开始。他们在布料上涂上了两种特殊的单体，然后进行聚合。接下来，他们用盐酸羟胺处理布，将酰胺肟基团添加到聚合物中。布料的天然多孔结构为酰胺肟创造了许多微小的口袋，可以依偎在里面并轻松捕获铀酰离子。

在实验中，研究人员将涂层布作为阴极放置在天然来源或铀尖刺的海水中，添加石墨阳极，并在电极之间运行循环电流。随着时间的流逝，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天内每克涂层活性材料提取了12.6毫克铀。涂层材料的容量高于该团队测试的大多数其他铀提取材料。此外，使用电化学捕获离子比简单地让它们自然积聚在布料上要快三倍左右。研究人员表示，这项工作提供了一种从海水中捕获铀的有效方法，这可能会使海洋成为核燃料的新供应商。