鈾（U）是制備核燃料的關(guān)鍵元素，通過電化學(xué)提U技術(shù)，可利用HER催化劑實現(xiàn)高效提鈾。然而，設(shè)計和開發(fā)高性能析氫反應(yīng)（HER）催化劑以快速從海水中提取和回收鈾仍是一個挑戰(zhàn)。
基于此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)吳曉宏教授、秦偉教授和康紅軍博士（共同通訊作者）等人首次報道了一種雙功能Co, Al改性1T-MoS2/還原氧化石墨烯（CA-1T-MoS2/rGO）催化劑，該催化劑在模擬海水中具有良好的HER性能，在電流密度為10 mA cm?2條件下HER過電位為466 mV。得益于CA-1T-MoS2/rGO的高HER性能，在模擬海水中無需后處理即可實現(xiàn)高效的鈾萃取，其提取鈾效率為1990 mg g?1，具有良好的可重用性。通過DFT計算，作者研究了其提取機理。根據(jù)計算發(fā)現(xiàn)，U在CA-1T-MoS2平面內(nèi)的吸附能低于邊緣的U，表明U更傾向于吸附在CA-1T-MoS2表面內(nèi)部。CA-1T-MoS2/rGO吸附U的電荷密度差異表明，S與U之間存在明顯的電荷轉(zhuǎn)移，存在相互作用。作者還計算了CA-1T-MoS2/rGO上Co、U、Al和S位點的H2O吸附（ΔGH2O*）、H*吸附（ΔGH*）和OH*吸附（ΔGOH*）的吉布斯自由能。Co位點吸附水的ΔGH2O*遠(yuǎn)低于Al、S和U位點，說明H2O更容易吸附在Co原子上。U位的ΔGOH*遠(yuǎn)低于Al、S和Co位點，表明通過H2O解離產(chǎn)生的OH*更容易遷移到U原子上。此外，Co位點的ΔGH*比Al、S和U位點的更接近0 eV，說明Co位點對氫的吸附能更合適，更有利于HER反應(yīng)。這種結(jié)合趨勢也促進了水分子與Co原子的解離，從而促進HER進程。隨著OH*在U位點上的吸附，U在CA-1T-MoS2/rGO上的結(jié)合能由-4.194 eV變?yōu)?2.654 eV，表明OH*的吸附削弱了U與S之間的結(jié)合強度，與鍵長變化趨勢一致。這些變化使UO22+與OH*發(fā)生良好的反應(yīng)，從材料表面解吸形成UO2(OH)2析出。Bi-Functional Co/Al Modified 1T-MoS2/rGO Catalyst for Enhanced Uranium Extraction and Hydrogen Evolution Reaction in Seawater. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202207378.https://doi.org/10.1002/smll.202207378.
