近日，东北师范大学贾江涛教授、卞证教授、朱广山教授与美国加州大学伯克利分校Jeffrey R. Long教授合作，首次在多孔有机聚合物中实现了U/V离子的高效筛分，揭示了基于尺寸效应的海水提铀新机制，证实了PAF材料作为有机分子筛的应用潜力，为发展新一代海水提铀吸附剂提供了新思路。

2025年11月5日，相关研究成果以“Highly Selective and Efficient Uranium Recovery by Size-Sieving Porous Aromatic Frameworks with Rigidly Functionalized Windows”为题发表在Chem期刊。论文第一作者为博士生崔磊和吴婉宁，通讯作者为贾江涛教授、卞证教授、Jeffrey R. Long教授及朱广山教授。

海水提铀对保障核燃料供应具有重要战略意义。尽管陆地铀矿资源有限，但海水中铀储量约45亿吨，相当于陆地储量的近千倍。然而，海水中铀浓度极低，每升仅约3微克，使得高效提取面临巨大技术挑战。

目前，含肟基或偕氨肟基团的材料被认为是捕获海水中铀酰离子的理想吸附剂。然而，基础研究表明这些官能团与钒酸根离子的结合能力更强，严重制约了海水提铀效率。虽然传统吸附材料（如聚丙烯偕氨肟）对钒的选择性优于铀，但部分多孔材料却表现出相反趋势，其机理尚未明确。研究组基于铀酰离子与钒酸根离子在尺寸上的差异，对这一反常吸附现象展开探讨。

该研究合成了具有特定尺寸窗口的多孔芳香骨架材料PAF-1-O与PAF-1-AO，其孔道表面分别修饰了肟基和偕氨肟基团。该类材料具有刚性窄孔结构，可容纳圆柱状铀酰离子进入，同时有效阻挡球状钒酸根离子，展现出优异离子筛分性能。在铀、钒浓度均为2 ppm的混合溶液中，材料实现了近乎完全的铀选择性吸附。在实际海水测试中，PAF-1-AO在28天内对铀的吸附量达11.5 mg·g^-1，铀/钒分离系数高达243，较其他提铀材料至少提升一个数量级。

该研究通过高效后修饰策略，成功构建了具有刚性筛分窗口的多孔芳香骨架材料PAF-1-O与PAF-1-AO。其精确调控的窄孔径（分别为5.5 Å与5.2 Å）介于铀酰与钒酸根离子的最小截面尺寸之间，结合高密度吸附位点，实现了卓越的铀选择性捕获与高吸附容量。该工作首次在多孔有机聚合物中实现了U/V离子的高效筛分，揭示了基于尺寸效应的海水提铀新机制，证实了PAF材料作为有机分子筛的应用潜力，为发展新一代海水提铀吸附剂提供了新思路。

图1：尺寸筛分多孔芳香骨架材料的设计。

图2：尺寸筛分多孔芳香骨架材料的选择性吸附性能研究。

图3：PAF-1-AO的天然海水吸附试验。

（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102814