Functionalized Iron–Nitrogen–Carbon Electrocatalyst Provides a Reversible Electron Transfer Platform for Efficient Uranium Extraction from Seawater

铀酰 海水 吸附 电催化剂 萃取(化学) 无机化学 材料科学 电化学 碳纤维 核化学 催化作用 化学 电极 有机化学 冶金 物理化学 复合材料 地质学 海洋学 复合数
作者
Hui Yang,Xiaolu Liu,Mengjie Hao,Yinghui Xie,Xiangke Wang,He Tian,Geoffrey I. N. Waterhouse,Paul E. Kruger,Shane G. Telfer,Shengqian Ma
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (51) 被引量:307
标识
DOI:10.1002/adma.202106621
摘要

Uranium extraction from seawater provides an opportunity for sustainable fuel supply to nuclear power plants. Herein, an adsorption-electrocatalysis strategy is demonstrated for efficient uranium extraction from seawater using a functionalized iron-nitrogen-carbon (Fe-Nx -C-R) catalyst, comprising N-doped carbon capsules supporting FeNx single-atom sites and surface chelating amidoxime groups (R). The amidoxime groups bring hydrophilicity to the adsorbent and offer surface-specific binding sites for UO22+ capture. The site-isolated FeNx centres reduce adsorbed UO22+ to UO2+ . Subsequently, through electrochemical reduction of the FeNx sites, unstable U(V) ions are reoxidized to U(VI) in the presence of Na+ resulting in the generation of solid Na2 O(UO3 ·H2 O)x , which can easily be collected. Fe-Nx -C-R reduced the uranium concentration in seawater from ≈3.5 ppb to below 0.5 ppb with a calculated capacity of ≈1.2 mg g-1 within 24 h. To the best of the knowledge, the developed system is the first to use the adsorption of uranyl ions and electrodeposition of solid Na2 O(UO3 .H2 O)x for the extraction of uranium from seawater. The important discoveries guide technology development for the efficient extraction of uranium from seawater.
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