钠离子改性MXene/石墨烯复合阴极：提升含铀废水处理中的铀结合能力与选择性

本文推荐一种新型钠离子改性MXene/石墨烯（Na+-MXene/GP）电容去离子（CDI）阴极材料，通过碱性Na+插层显著提升MXene层间距与表面含氧官能团（-OH/-COOH），实现中性/弱碱性含铀废水（UCW）中铀的高效分离（吸附量69.03 mg/g，效率提升56%）。该材料兼具电化学吸附-还原协同机制与抗干扰性，为核工业废水铀资源回收提供创新电极设计策略。

　　

Highlight
本研究开发了一种钠离子改性MXene/石墨烯（Na⁺-MXene/GP）复合阴极，通过碱性Na⁺插层显著提升MXene的电化学性能。实验表明，该材料在中性/弱碱性含铀废水（UCW）中铀分离效率达92.1%（初始浓度5.0 mg/L），吸附容量为69.03 mg/g，较未改性MXene阴极提升56%。材料还表现出优异的可重复使用性和抗干扰能力，在实际UCW多浓度测试中展现出巨大应用潜力。

机制解析
Na⁺-MXene/GP阴极的铀分离归因于电化学吸附与还原过程的协同作用：MXene表面的含氧官能团（特别是羟基-OH和羧基-COOH）通过双齿配位机制，选择性捕获并稳定结合铀。这种设计为实际UCW中铀资源回收的电极材料选择与结构优化提供了新思路。

Section snippets
试剂与材料
使用Ti₃AlC₂ MAX相前驱体（98%，200目）和氟化锂（LiF，99.8%）制备MXene，通过氢氧化钠（NaOH）插层获得Na⁺-MXene系列材料。电极制备采用N-甲基吡咯烷酮分散体系。

复合材料表征
SEM/XRD/FTIR分析显示，碱性蚀刻使MXene纳米片变薄卷曲，层间距扩大，表面官能团增加。Na⁺-MXene-3/GP阴极表现出最优的铀分离性能。

Conclusions
Na⁺-MXene/GP阴极通过碱性蚀刻与丝网印刷技术协同集成，实现了铀分离效率突破（92.1%）。该工作推动了CDI电极在核工业废水处理中的应用发展。