中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究团队在海水提铀领域取得重要突破，成功开发出新型功能材料及复合结构，为解决核能发展中的关键资源瓶颈提供了创新方案。该成果通过将分子拓扑设计与材料工程相结合，显著提升了铀提取效率与抗环境干扰能力，相关研究已发表于国际权威期刊。
针对陆地铀资源储量有限且开采成本高昂的现状，研究团队将目光投向储量丰富的海洋。据估算，全球海洋中铀资源总量达45亿吨，是陆地矿石储量的近千倍。然而，海水提铀面临三大挑战：铀浓度极低（仅3.3ppb）、共存离子（尤其是钒离子）竞争吸附，以及海洋生物附着导致的材料性能衰减。传统吸附材料难以同时满足高选择性、高容量和长期稳定性的要求。
研究团队创新性地提出离散分子拓扑设计策略，在多孔有机笼的层间纳米空间中定向构建磷酸吸附簇，成功合成首例磷酸功能化材料PhosCage。实验室测试显示，该材料可在5分钟内达到吸附平衡，在多个海域的真实海水样本中，其提铀容量达50.4mg/g，较美国能源部设定的基准提升8.4倍。这一突破得益于磷酸基团与铀酰离子的特异性螯合作用，有效降低了吸附反应的能垒。
为解决粉末材料在实际海洋工程中难以部署的问题，研究团队进一步开发出复合气凝胶微球AC-POC。通过将PhosCage与芳纶纳米纤维结合，采用物理缠结与化学交联的协同策略，制备出具有三维连通孔隙结构的球形材料。该结构不仅保持了高比表面积，其内部交织的磷酸根与羧基还构建了强效的协同供电子配位环境，进一步提升了铀捕获效率。
在模拟真实海洋环境的测试中，AC-POC展现出优异性能：在多离子竞争体系中保持高选择性，连续运行15天后动态提铀容量达22.55mg/g，较美国能源部基准提升3.8倍。更关键的是，微球表面负电荷特性有效抑制了微生物附着，显著延长了材料使用寿命。这项成果填补了多孔有机笼材料在海水提铀领域的应用空白，为设计兼具抗污性、选择性与容量的新型吸附材料提供了理论依据。
该研究通过分子级精准设计与宏观结构调控的有机结合，实现了材料性能的跨越式提升。其开发的复合气凝胶微球兼具易部署、高效率、长寿命等优势，为海水提铀技术的工业化应用奠定了坚实基础，对保障核能可持续发展具有重要意义。
