鈾作為核能的重要原料，對全球核工業的可持續發展具有重要戰略意義。近年來，核電規模的不斷擴大推動了鈾需求的顯著增長，然而陸地上的鈾礦資源儲量有限，僅能夠維持近百年的使用。海水鈾資源儲存豐富，大約45億噸，相當于陸地總儲量的千倍。因此，開發高效海水提鈾技術已成為實現鈾資源的潛在方法。海水提鈾也被Nature評為“能改變世界的七種化學分離技術之一”。
眾多提取方法中，電化學方法因其快速動力學特性和材料再生能力成為有前景的選擇。然而，該技術面臨的挑戰在于高能耗、低提取效率和選擇性差。
湖南大學教授王雙印、副教授王燕勇科研團隊取得一項突破性研究，他們開發了一種超低電壓的雙極電化學海水提鈾新技術，該技術通過低電位涉氯陽極間接提鈾半反應耦合陰極直接鈾還原半反應，在超低電壓0.6下，寬鈾濃度區間(1-100 ppm)模擬海水中提鈾率均達到了~100%，進一步將該雙極EUE體系應用到超低鈾濃度的天然海水中，也顯示出優異的鈾提取率和抗污染性能。
據介紹，團隊開發的雙極電化學提鈾新技術，突破傳統單極提鈾體系理論效率受限問題，提鈾電耗由文獻報道的47500度電/公斤鈾降至1944度電/公斤鈾；成本低至約83.2美元/公斤鈾，遠低于傳統方法，實現了電化學海水提鈾降本增效。
通俗地說，該團隊開發了一個“雙管齊下”的超省電提鈾新方法，設計了一個巧妙的電化學系統，陽極利用海水里本來就有的氯離子參與陽極反應間接“抓住”鈾，陰極則直接把鈾還原出來。陰陽兩極協同作戰效率倍增。該方法還超省電，整個系統只需超低電壓（0.6V）就能運行；效率超高，天然海水中鈾的提取率高達90%以上，不同濃度鈾模擬海水提取率接近100%，且抗雜質污染能力強；耗電量從以往的47500度電/公斤鈾，降到1944度電/公斤鈾、降低約96%。近日，上述成果發表在《自然·可持續性》（Nature Sustainability）上。王雙印和王燕勇為論文通訊作者，湖南大學為第一通訊單位，湖南大學化學化工學院博士生王燕靜為論文第一作者。
該研究得到了國家自然科學基金以及科技部、湖南省科技廳、湖南省研究生創新基金等方面的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41893-025-01567-z
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