Nature Commun：电化学可及性新策略！PEDOT限域COF孔道提升铀电沉积效率46倍

导语

国际顶尖期刊《Nature Communications》最新发表浙江大学联合美国北德克萨斯大学、重庆大学等团队的重磅研究（DOI: 10.1038/s41467-025-62501-7）。团队开创性地将导电聚合物“编织”进分子筛骨架，研发出新型电极材料，实现海水铀提取效率的指数级提升，为核电可持续发展提供关键技术突破。

核心突破

研究团队巧妙设计了一种新型电极材料，用于从海水中高效提取核能关键燃料——铀。其核心创新在于将导电聚合物（PEDOT）精准“编织” 进一种名为共价有机框架（COF） 的多孔晶体材料的纳米孔道内。这种COF预先经过改造，孔道内壁“挂满”了专门捕捉铀酰离子（UO₂²⁺）的“抓手”——偕胺肟基团。 

  解决关键瓶颈：传统吸附材料是电绝缘体，限制了电化学提取效率。本研究中，孔道内的PEDOT如同无数根“分子导线”，将整个COF框架变成一个导电网络，让每一个捕捉铀的“抓手”都能高效通电。

  惊人性能：

      在含铀模拟海水中，单次提取能力高达26.5克铀/克材料，是物理混合碳黑材料的4倍，是传统物理化学吸附方法的上百倍！

      在真实海水环境中（铀浓度极低，约3ppb），经过56天连续运行，实现了17.4毫克铀/克材料的提取量，富集指数高达1.1×10⁷，是目前报道的最高水平之一。

      提取过程无饱和度限制（随初始浓度升高而持续增加），选择性好，速度快，且电极可轻松再生，循环使用性能稳定。

重大意义

这项研究的意义远超海水提铀本身：  

从能源角度看，它为核能可持续发展提供了资源保障，让海洋中沉睡的巨量铀资源变为可利用的战略储备，为清洁能源未来注入强心剂；  

从材料科学角度，其“导电聚合物+功能性多孔材料”的分子级结合策略，为提升电驱动过程中活性位点的电化学可及性提供了普适性思路，可推广至金、锂等其他金属的提取，以及催化、能源存储等多个领域。  

正如研究团队所言，这不仅是一次技术突破，更“为设计具有更好活性位点电子可及性的电极材料提供了蓝图”，让电驱动过程的性能提升有了全新方向。未来，随着技术规模化应用，“向海洋要铀”或许将成为现实，为人类清洁能源事业开辟全新航道。

图1：导电材料与吸附材料混合程度的示意图

图2：铀电沉积电极材料的制备

图3：铀电沉积过程示意图

图4：铀平衡吸附量对比图

图5：铀电沉积过程机理研究

图6：铀吸附能力研究

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