CellPress细胞科学官方澎湃号8月16日讯：作为世界领先的全科学领域学术出版社，细胞出版社特与“中国科学院青年创新促进会”合作开设“青促会述评”专栏，以期增进学术互动，促进国际交流。

2022年第二十六期（总第111期）专栏文章，由来自中国科学院高能物理研究所青年特聘研究员、中科院青年创新促进会会员梅雷，就Chem中的论文发表述评。

Physical science

核电作为一类清洁、低碳、高效能源，其长期发展离不开核裂变反应堆的关键核燃料铀的稳定供应。由于陆地铀资源储备较为有限，发展海水提铀（uranium extraction from seawater, UES）技术成为替代陆地铀矿资源获取大量铀的重要途径，将为实现核电可持续发展提供关键支持。然而，海洋环境的复杂性，如极低的铀浓度（～3 ppb）、大量共存的竞争离子（如钒离子）、高盐分、易生物污损等,使得UES这一过程极具挑战，而且还需要考虑提取过程的技术经济性等其它因素。因此需要发展高性能吸附材料，全面提升材料的综合性能，以期实现更加经济且高效的UES目标。

在海水提铀应用中，使用最为广泛的是肟基功能化的聚合物材料，但其UES容量一直受限于聚合物材料自身的性质（如柔性链缠绕，缺少多孔性，比表面积低，活性结合位点暴露较少等）。近年来，纳米吸附剂和纳米孔材料的开发，特别是众多新兴多孔材料（如共价有机框架COFs与金属有机框架MOFs等）的设计合成，提高了活性位点的利用率和传质速度并可以引入用于铀酰配位的多齿螯合位点，从而显著提升了UES效率。然而，这些材料依然存在合成条件苛刻、可加工性能差、化学稳定性和抗水解稳定性不佳等不足。近日，印度CSIR-中央盐与海洋化学研究所Shilpi Kushwaha团队发展了一类基于新型苯氧-亚胺结构模块的新型多孔氢键有机框架（HOF）材料，CSMCRIHOF-1。该HOF材料具有永久的孔隙、良好的耐酸碱和耐盐稳定性、水解稳定性，最为重要的是，其可加工性优异、易于进行再生。以此功能HOF材料为基础，研究人员通过溶液加工的方法首次制备了具有可调厚度(~40 nm - ~500 nm)的大面积自支撑晶态HOF薄膜（TFCH）。研究结果表明，40 nm厚的TFCH薄膜展现了优异的 UES 效率（17.9 mg/g, 30天），这是目前所有海水提铀材料中报道的最高值。

与COFs和MOFs等基于强化学键联作用构筑的晶态多孔材料相比，HOFs是由功能化有机模块通过柔性可逆的超分子弱相互作用（即氢键、π-π堆积、C-H…π和范德华力等）组装而成。HOFs在保留其晶体排列和孔隙率的同时，还具备溶液加工性、易于纯化、低成本、可通过重结晶轻松再生等优良属性。在具有高表面积和长程有序的微孔框架材料中引入类似聚合物的柔韧性和可加工性，有望为克服传统多孔框架材料（即 MOFs 和 COFs）在大规模UES应用时所面临的挑战和技术限制提供新的解决途径。

论文摘要

海水提铀 (UES) 的效率往往受到材料设计方面的限制，例如 U 选择性结合位点、这些位点的均匀分布情况、材料表面积暴露、扩散性能和稳定性。在本工作中，我们报道了一种具有U选择性的单组分氢键有机框架材料 (CSMCRIHOF-1)，它的基本单元是由苯氧-亚胺合成子偶联到吡啶基连接子上，材料结构中有~3.6-~3.8 A˚不等的不同孔径，并形成可流通的通道和328 m2 /g 的BET表面积。CSMCRIHOF-1显示了由π-π堆叠辅助支撑的稳定三维氢键网络（包括O-H…O, C-H…O, and O-H…N），并在较宽的pH 值范围（pH 1–10）内表现出优异的水解稳定性。与其他框架材料相比，CSMCRIHOF-1易于加工和进行再生。通过对CSMCRIHOF-1的进一步加工制备了大面积自支撑薄膜 (TFCH)，其厚度从 40 到 500 nm 范围内可调，且具有提升的表面积（550 m2/g）。TFCH 具有非常显著的真实海水UES容量，5天内的UES容量为11 mg/g，30天将达到 17.9 mg/g。