自驱动自清洁电化学系统实现高效能高选择性铀提取与同步发电

本研究针对传统电化学方法在铀提取中效率、选择性与能耗间的固有矛盾，开发了一种自驱动自清洁电化学（SDCE）系统。通过空间解耦氧化还原反应与自清洁电极设计，耦合Fe氧化与2e?氧还原反应，实现同步发电与自发产H2O2，选择性沉淀U(VI)为(UO2)O2·4H2O(s)。该系统在复杂水样中展现卓越提取效率与选择性（U(VI)/V(V)分离因子达720），零能耗运行且成本仅32.22 USD kg?1 U，为核能可持续性与环境修复提供新范式。

　　

从水体中提取六价铀（U(VI)）对核能可持续性与环境修复具有重要意义。电化学方法因其快速动力学和高提取能力被视为理想选择，但传统技术始终受限于效率、选择性与能耗之间的固有权衡。为此，研究人员构建了一种自驱动自清洁电化学（Self-Driven and Self-Cleaning Electrochemical, SDCE）系统，通过空间解耦氧化还原反应并设计自清洁电极，实现了铀提取与发电的协同过程。该系统将铁（Fe）氧化与两电子氧还原反应（2e^? ORR）耦合，在发电的同时自发产生过氧化氢（H₂O₂），后者可选择性地将U(VI)沉淀为水合过氧化铀（(UO₂)O₂·4H₂O(s)）。电极表面精心构建的疏水微环境不仅阻隔竞争性离子与铀产物附着，还显著增强H₂O₂生成及其与U(VI)的反应效率。结果表明，该系统在多种复杂水样中均表现出极高的U(VI)提取效率与选择性，其中U(VI)/钒(V)分离因子高达720，远超传统电化学方法。此外，系统运行无需外部供能（零能耗），操作成本低至32.22美元/千克铀，成为目前最经济的铀提取技术之一。该研究为低成本、高选择性铀提取提供了创新性解决方案。