鈾(U)作為一種重要的核燃料，普遍存在于放射性廢水中，其半衰期長(zhǎng)、毒性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。U具有從+3到+6的多種化合價(jià)，為氧化還原反應(yīng)提供了可變的配位環(huán)境和潛在的催化性能。與過(guò)渡金屬中的d電子類似，U中的活性5f電子能夠激活惰性分子。因此，直接制備含U化合物作為高活性催化劑是使放射性廢物變廢為寶的有效策略。近日，西南科技大學(xué)竹文坤、何嶸和安徽師范大學(xué)劉研等構(gòu)建了一種脈沖伏安法，直接在放射性廢水中將U單原子錨定在MoS2納米片(U/MoS2)上，用于高效的堿性析氫反應(yīng)。
受益于合成中的可控電化學(xué)還原，放射性廢水中的鈾沉積在MoS2納米片上，具有精確的質(zhì)量負(fù)載和對(duì)常見(jiàn)共存離子的高選擇性。在這種情況下，鈾以U(IV)單原子的存在形式分布在MoS2的S邊緣(S-edge)位點(diǎn)和缺陷位點(diǎn)上。因此，對(duì)于堿性HER，U單原子的沉積顯著提高了MoS2納米片的催化活性。在1M KOH溶液和中性海水中，U單原子質(zhì)量負(fù)載為5.2%的U/MoS2納米片在10 mA cm-2的電流密度下分別顯示出72 mV和196 mV相對(duì)低的HER過(guò)電位。更重要的是，在堿性HER過(guò)程中，水解離過(guò)程發(fā)生在U單原子上，并且OH-的高結(jié)合親和力形成OH*；U-OH鍵中的H原子隨后自發(fā)轉(zhuǎn)移到相鄰S邊原子(熱力學(xué)有利)，促進(jìn)的水解離和優(yōu)化的H*吸附都導(dǎo)致對(duì)U單原子的HER活性提高。Synthesis of Uranium Single Atom from Radioactive Wastewater for Enhanced Water Dissociation and Hydrogen Evolution. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202107444
