西南科技大学Nature子刊: 构建协同配位还原界面，海水中提取铀

摘要：利用电还原U(VI)的电化学提取技术，由于最终铀产物结晶所引起的提取能力增强、电场驱动的动力学增强，以及对非还原干扰离子的电阻增加，引起了人们越来越多的关注。在铀的电化学提取中，提取效率主要依赖于电极材料，这促使研究人员将重点放在电极材料的设计上。近年来，大多

利用电还原U(VI)的电化学提取技术，由于最终铀产物结晶所引起的提取能力增强、电场驱动的动力学增强，以及对非还原干扰离子的电阻增加，引起了人们越来越多的关注。在铀的电化学提取中，提取效率主要依赖于电极材料，这促使研究人员将重点放在电极材料的设计上。近年来，大多数报道集中在铀酰离子配位点的构建上。利用电化学方法将海水中的U(VI)还原为U(IV)，尤其是以UO2的形式还原为U(IV)的研究在文献中尚未见报道，这对当前的研究工作具有一定的启发作用。目前的研究侧重于在电极材料上构建铀酰离子的配位位点，较少考虑电子和电极位点之间的传输和连接，这导致电极材料中U(VI)的还原作用较弱，随后还原产物再氧化。在U(VI)的电化学还原和沉积过程中，还原后的U(IV)/U(V)经过二次氧化，可以形成含氧阴离子，进一步与碱金属阳离子共结晶，导致晶体转变现象。因此，研究U的配位和还原位点之间的协同作用，以实现U(IV)产物的生成和稳定，从而提高电化学萃取海水中U还原产物的纯度是十分必要的。近日，西南科技大学竹文坤、何嵘和刘欢欢等构建了一种具有多金属氧化物CoMo6衍生的非晶态CoMoOS层和高度连通的界面配位还原位点的Ni3S2纤维(CMOS@NSF)，用于在海水中电化学还原提取低杂质UO2固体。2022级硕士研究生郭红亮为本文第一作者。实验结果和理论计算表明，CMOS@NSF高效稳定地将海水中的UO22+还原为低杂的UO2归因于协同配位-还原界面：与传统配位位点相比，CMOS@NSF的末端氧是UO22+结合的强配位点；另一方面，协同配位-还原界面中的Ni原子与UO22+中的轴向氧发生化学键合，并作为直接的电子传输通道促进铀的还原。因此，UO22+在协同配位-还原界面上被高效还原为U(IV)，同时避免了U(IV)的氧化和随后的碱金属共沉积。

性能测试结果显示，含有8 mg L-1铀的海水中，CMOS@NSF催化剂在180分钟内的U(VI)提取率达到90%；在100 mg L-1铀的海水中，CMOS@NSF在连续9次重复反应后，U(VI)提取效率保持在85%以上，显示出良好的循环稳定性。此外，在天然海水实验中，CMOS@NSF在24小时内实现了显著的提取效率(86.67%)，在自组装海水电化学铀提取装置中的提取能力为2.65 mg g-1 d-1，超过了大多数报道的海水铀萃取吸附剂和电催化材料。综上，该项工作不仅为电化学铀提取提供了材料，而且为海水中电化学低杂质铀提取提供了一种高效的策略。

A synergistic coordination-reduction interface for electrochemical reductive extraction of uranium with low impurities from seawater. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-57113-0

竹文坤，博士，教授，博士生导师，中共党员，四川省学术和技术带头人后备人选，绵阳市涪城区创新人才，西南科技大学龙山优秀人才，中国化学学会会员，中国矿物岩石地球化学学会会员。现任四川省军民融合研究院副院长，环境友好能源材料国家重点实验室团队负责人，长期从事面向环境治理、能源化学等领域的生物资源开发与利用方面研究工作。近年来，在Appl. Catal. B Environ. Energy、J. Mater. Chem. A、Small、ACS Appl. Mater. Interfaces、CEJ等刊物发表相关学术论文80余篇，他引700余次。

何嵘，西南科技大学国防科技学院，研究员，博士生导师。本硕博均毕业于中国科学技术大学，并于2018年6月获得中国科学技术大学物理化学博士学位，师从曾杰教授。2018年7月，成为龙山人才计划“青年拔尖”层次人才全职引进西南科技大学国防科技学院，入选四川省高层次人才计划。以第一(含共一)或通讯作者在Nat. Commun.、AM、Nano Lett.、Appl. Catal. B Environ. Energy、AFM、Coord. Chem. Rev.、Nano Res.等期刊发表论文30余篇，其中影响因子大于10的20篇，ESI 0.1%热点论文2篇，ESI 1%高被引论文3篇，累计被引2800余次，Scopus H-index为28。