地球表面大部分被海洋所覆蓋，海洋中孕育著各種不同的生命。有趣的是，這些巨大的水體中也含有稀釋分佈的鈾離子。提取這些離子有可能為核能發電提供一種可再生的燃料來源。 ACS Central Science上的一項最新研究介紹了一種專為電化學萃取設計的新材料。與先前的技術相比，這種創新技術能更有效地捕捉海水中難以捉摸的鈾離子。

核能反應器釋放原子內部自然儲存的能量，並透過將原子真正擊碎–這個過程稱為裂變–將其轉化為熱能和電能。鈾是這個過程中最受歡迎的元素，因為它的所有形態都具有不穩定性和放射性，很容易分裂。

目前，這種金屬是從岩石中提取的，但鈾礦儲量有限。然而，根據核能機構估計，有45 億噸鈾以溶解鈾酰離子的形式漂浮在我們的海洋中。這儲量是陸地上儲量的1000 倍以上。但事實證明，提取這些離子具有挑戰性，因為萃取材料沒有足夠的表面積來有效捕獲離子。因此，東北師範大學化學學院的Rui Zhao, Guangshan Zhu及其同事希望開發一種具有大量微觀角落和縫隙的電極材料，用於電化學捕獲海水中的鈾離子。

這種新型塗層布能有效地在其表面積聚來自含鈾海水的鈾（黃色）。資料來源：改編自《美國化學學會中心科學》，2023 年，DOI: 10.1021/acscentsci.3c01291

為了製作電極，研究團隊首先使用碳纖維編織的柔性布。他們在布上塗上兩種特殊的單體，然後進行聚合。接著，他們用鹽酸羥胺處理布，在聚合物中加入脒肟基。布的天然多孔結構為脒肟創造了許多微小的口袋，使其可以嵌套在其中，從而輕鬆捕獲鈾離子。

在實驗中，研究人員將塗層布作為陰極放入天然海水或加鈾的海水中，再加上一個石墨陽極，並在電極之間運行循環電流，隨著時間的推移，陰極布上積累了亮黃色的鈾基沉澱物。

在使用從渤海收集的海水進行的測試中，每克塗層活性材料在24 天內提取了12.6 毫克鈾。塗層材料的提取能力高於研究團隊測試的大多數其他鈾提取材料。此外，使用電化學方法捕獲離子的速度比讓離子在布上自然積聚的速度快三倍左右。研究人員說，這項工作提供了一種從海水中捕獲鈾的有效方法，這可能會使海洋成為新的核燃料供應地。

編譯來源：ScitechDaily