基于霍夫迈斯特离子介导模板策略构建分级介孔肟功能化金属有机框架用于铀高效提取

为解决海水铀提取中传统MOFs材料微孔扩散受限和活性位点利用率低的问题，研究人员通过霍夫迈斯特离子介导模板策略结合一步后合成修饰（PSM），成功构建了分级介孔肟功能化金属有机框架（HM-UiO-66-oxime）。该材料在pH=6条件下铀吸附容量达483.09 mg g?1，海水浸泡16天后吸附量达7.47 mg-U/g-Ads，且20分钟即可达到吸附平衡。研究为核能可持续发展提供了高效吸附剂设计新思路，并拓展了HM-MOFs在重金属分离和药物递送等领域的应用潜力。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料市场波动，发展清洁可持续能源成为21世纪重大科技挑战。核能作为低碳发电技术虽快速发展，但铀资源面临严峻瓶颈——陆地铀矿储量仅能维持约百年，而海水中溶解的45亿吨铀（相当于陆地储量的1000倍）成为破解核能可持续发展的关键。然而，现有海水提铀技术面临吸附剂扩散速率低、活性位点暴露不足等核心难题。

江西科技师范大学有机功能分子江西省重点实验室（Jiangxi Provincial Key Laboratory of Organic Functional Molecules）的研究团队在《Applied Surface Science Advances》发表研究，创新性地通过霍夫迈斯特（Hofmeister）离子介导模板策略，结合一步后合成修饰（PSM），成功构建了分级介孔肟功能化金属有机框架HM-UiO-66-oxime。该研究突破了传统微孔MOFs的扩散限制，实现了铀的高效快速捕获，为核燃料循环和环境污染治理提供了新材料范式。

研究采用软模板导向合成结合实时电子显微表征技术（TEM/SEM），通过F127模板剂在TMB-水乳液体系中引导Zr₆O₄(OH)₄簇与醛基配体（BDC-CHO）自组装，再经羟胺盐酸盐一步修饰转化为肟基团。通过系统调控醋酸（AA）和高氯酸根（ClO₄^?）浓度优化介孔结构，最终获得具有稳定分级孔道的功能材料。

材料设计与表征
通过霍夫迈斯特效应调控离子水合层，F127模板剂在TMB溶胀下形成均一介孔，Zr₆簇与BDC-CHO配位构建的HM-UiO-66-CHO经PSM后，傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实醛基（–CHO）成功转化为肟基（?C=N-OH），氮气吸附-脱附测试显示材料具有21.3 nm介孔和1024 m² g^?1高比表面积。

吸附性能研究
在pH=6的铀溶液（初始浓度50 mg L^?1）中，HM-UiO-66-oxime的饱和吸附量达483.09 mg g^?1，较未修饰材料提升2.1倍。准二级动力学模型拟合显示20分钟即可达吸附平衡，归因于介孔通道加速UO₂²⁺扩散和肟基的强螯合作用（K_d值达1.2×10⁵ mL g^?1）。

实际应用验证
在天然海水测试中，材料16天的铀吸附量达7.47 mg-U/g-Ads，且对共存离子（Na⁺、Ca²⁺等）表现出优异选择性。循环实验表明，经5次吸附-解吸后容量保持率达91.3%，X射线光电子能谱（XPS）证实铀主要通过肟基氮/氧原子配位捕获。

该研究通过"介孔通道-功能位点"协同设计，解决了MOFs材料在海水提铀中的动力学-选择性权衡难题。HM-UiO-66-oxime的快速吸附特性（20分钟平衡）和超高容量（483.09 mg g^?1）使其成为目前最有效的海水铀吸附剂之一。更为重要的是，霍夫迈斯特离子介导的模板策略为构建稳定介孔MOFs提供了普适方法，其设计理念可延伸至重金属污染治理、药物控释等领域。研究团队指出，未来通过调控配体类型和孔道尺寸，有望开发出更具针对性的功能化HM-MOFs材料体系。