近期研究表明，水溶液中的U(VI)离子可以通过电催化氧化还原反应转化为U(VI)沉淀物，用于U回收。然而，由于U的低价态通常会被O2或H2O2氧化为U(VI)，目前尚未出现过在常温条件下使用电化学方法制备U(IV)固体（例如UO2）的报道。基于此，华北电力大学杨慧教授和王祥科教授、美国北德克萨斯大学终身讲席教授马胜前在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Secondary metal ion-induced electrochemical reduction of U(VI) to U(IV) solids》的研究论文。在这里，研究人员开发了一种二次金属离子诱导策略，通过使用由中空氮掺杂碳胶囊（Ga-Nx-C）上原子分散的镓组成的催化剂，从U(VI)溶液中电催化生产U(IV)固体。该方法依赖于二次金属离子的存在，例如碱土金属、过渡金属、镧系金属和锕系金属，它们通过双电子转移过程促进UO2或双金属U(IV)-包含氧化物的生成。在碱金属离子存在的情况下，没有U(IV)固体产物生成。机理研究表明，U(IV)与碱土金属（Ca2+/Mg2+/Sr2+/Ba2+）、过渡金属（Ni2+/Zn2+/Pb2+/Fe3+等）和镧系/锕系金属（Ce4+/Eu3+/Th4+/La3+）之间有很强的结合亲和力。其抑制U(IV)重新氧化为U(VI)，从而生成U(IV)O2和Mx(M=Ce，Eu，Th，La)U(IV)yO2。这项研究针对铀在水介质中的电化学行为提供了基本的见解，并对从核废料及污水中捕获铀酰提供了指导。图1：在常温常压下，电化学方法将水溶液中的U(VI)还原为U(IV)固体的一般策略
图2：Ga-Nx-C在掺杂铀的地下水中电化学去除U的性能及产物分析图3：二次金属离子诱导的电化学U(VI)还原为U(IV)固体产物的机理分析Liu, X., Xie, Y., Hao, M.et al. Secondary metal ion-induced electrochemical reduction of U(VI) to U(IV) solids. Nat. Commun. 15, 7736 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52083-1.
