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 核能是解決全球能源問(wèn)題的一種眾所周知的方法，它具有高能量密度和低溫室氣體排放。全世界有442座核電站，另有60座新的核電站正在建設(shè)中。大多數(shù)核裂變反應(yīng)堆使用鈾（U）作為裂變?nèi)剂?。鈾在放射性副產(chǎn)品和具有長(zhǎng)期放射性的乏核燃料中也占很大比例。根據(jù)環(huán)境保護(hù)署（EPA），飲用水中鈾濃度超過(guò)0.03 mg L−1（30 ppb）可導(dǎo)致嚴(yán)重的健康影響，如腎損害、癌癥風(fēng)險(xiǎn)和神經(jīng)行為改變。因此，從采礦和污染水溶液中有效提取鈾對(duì)環(huán)境和公共健康以及鈾資源的再利用至關(guān)重要。

在此，美國(guó)麻省理工學(xué)院李巨教授、Wang Chao 博士報(bào)道了一種從水溶液中提取鈾的原位電解沉積方法。在這里，功能化還原氧化石墨烯泡沫(3D-FrGOF)用作工作電極，它既充當(dāng)析氫反應(yīng)（HER）催化劑又充當(dāng)鈾沉積基材。實(shí)驗(yàn)顯示，U(VI)離子與3D-FrGOF在不飽和的情況下實(shí)現(xiàn)了4560 mg g-1的比電解沉積容量，庫(kù)侖效率可達(dá)54%。此外，成功地將加標(biāo)海水中的鈾濃度從3 ppm降低到19.9 ppb，低于美國(guó)環(huán)境保護(hù)署對(duì)飲用水的鈾限制(30 ppb)。另外，通過(guò)在具有反向偏壓的第二個(gè)浴槽中噴射到 2000 ppm 的濃縮鈾溶液中，收集電極可以有效地再生和循環(huán)至少 9 次而不會(huì)出現(xiàn)太多的效率衰減。所有這些發(fā)現(xiàn)為使用自支撐3D-FrGOF電極作為水處理的先進(jìn)分離技術(shù)開(kāi)辟了新的機(jī)會(huì)。

文章亮點(diǎn)：

1. 使用3D-FrGOF電極可以受益于其大表面積和靈活的功能化，這可以促進(jìn) HER和鈾沉積。此外，3D-FrGOF具有良好的導(dǎo)電性，可以直接作為自支撐電極。

2. 這種原位電解沉積方法簡(jiǎn)單、高效、清潔；不會(huì)引入額外的化學(xué)污染。

3. 該電極最重要的方面是具有重復(fù)使用性：即，當(dāng)電極電壓反轉(zhuǎn)時(shí)，沉積在泡沫中的鈾可以噴射到比原始廢水濃度高40倍的溶液中。作者已經(jīng)證明，在前七個(gè)循環(huán)期間，溶液中的鈾提取能力沒(méi)有衰減。

圖1 鈾的電解沉積過(guò)程示意圖及3D-FrGOF的表征

圖2 不同條件下的萃取性能

圖3 3D-FrGOF提取鈾污染溶液前后的表征