近期研究表明，水溶液中的U(VI)離子可以通過電催化氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為U(VI)沉淀物，用于U回收。然而，由于U的低價態(tài)通常會被O2或H2O2氧化為U(VI)，目前尚未出現(xiàn)過在常溫條件下使用電化學(xué)方法制備U(IV)固體（例如UO2）的報道。基于此，華北電力大學(xué)楊慧教授和王祥科教授、美國北德克薩斯大學(xué)終身講席教授馬勝前在國際頂級期刊Nature Communications發(fā)表題為《Secondary metal ion-induced electrochemical reduction of U(VI) to U(IV) solids》的研究論文。在這里，研究人員開發(fā)了一種二次金屬離子誘導(dǎo)策略，通過使用由中空氮摻雜碳膠囊（Ga-Nx-C）上原子分散的鎵組成的催化劑，從U(VI)溶液中電催化生產(chǎn)U(IV)固體。該方法依賴于二次金屬離子的存在，例如堿土金屬、過渡金屬、鑭系金屬和錒系金屬，它們通過雙電子轉(zhuǎn)移過程促進(jìn)UO2或雙金屬U(IV)-包含氧化物的生成。在堿金屬離子存在的情況下，沒有U(IV)固體產(chǎn)物生成。機(jī)理研究表明，U(IV)與堿土金屬（Ca2+/Mg2+/Sr2+/Ba2+）、過渡金屬（Ni2+/Zn2+/Pb2+/Fe3+等）和鑭系/錒系金屬（Ce4+/Eu3+/Th4+/La3+）之間有很強(qiáng)的結(jié)合親和力。其抑制U(IV)重新氧化為U(VI)，從而生成U(IV)O2和Mx(M=Ce，Eu，Th，La)U(IV)yO2。這項研究針對鈾在水介質(zhì)中的電化學(xué)行為提供了基本的見解，并對從核廢料及污水中捕獲鈾酰提供了指導(dǎo)。圖1：在常溫常壓下，電化學(xué)方法將水溶液中的U(VI)還原為U(IV)固體的一般策略
圖2：Ga-Nx-C在摻雜鈾的地下水中電化學(xué)去除U的性能及產(chǎn)物分析圖3：二次金屬離子誘導(dǎo)的電化學(xué)U(VI)還原為U(IV)固體產(chǎn)物的機(jī)理分析Liu, X., Xie, Y., Hao, M.et al. Secondary metal ion-induced electrochemical reduction of U(VI) to U(IV) solids. Nat. Commun. 15, 7736 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52083-1.
