导读   

       充分开发海洋铀资源对于核能可持续发展具有重大战略意义。然而，受海水环境中铀浓度低、离子环境复杂及微生物污染等因素影响，实现高效的海水提铀极具挑战性。发展至今，已有多种具备优异性能的海水提铀材料被先后开发。其中，聚合物材料因其便于生产投放、结构可调且亲和力高等特点被认为是最有望实现工业化海水提铀的材料之一。中山大学刘绍鸿教授等从聚合物海水提铀材料的结构设计与功能化策略出发，综述了当前聚合物海水提铀材料的研究进展。重点阐述了具有高吸附容量、高选择性和优异抗生物污染性能的聚合物提铀材料的制备方法与各类基于聚合物材料的新型海水提铀技术，并深入探讨了聚合物海水提铀材料所面临的关键技术挑战和未来发展方向。

高效聚合物基海水提铀材料：结构设计及功能化策略

易 锬, 乔小瑜, 岑宗恒, 纪轶炜,刘绍鸿

引用原文：易    锬, 乔小瑜, 岑宗恒, 纪轶炜, 刘绍鸿. 高效聚合物基海水提铀材料：结构设计及功能化策略[J]. 功能高分子学报，2025，38（6）：481-503. doi:  10.14133/j.cnki.1008-9357.20250616001

YI Tan, QIAO Xiaoyu, CEN Zongheng, JI Yiwei, LIU Shaohong. Polymer-Based Materials for Highly-Efficient Uranium Extraction: Structural Design and Functionalization Strategies[J]. Journal of Functional Polymers, 2025, 38(6): 481-503. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20250616001

能源危机与环境污染加剧背景下，深度脱碳的清洁能源系统成为人类可持续发展的必然选择。风能、太阳能等可再生能源存在可靠性与经济性短板，而核电凭借稳定输出、技术成熟的优势，在能源体系中地位日益凸显，据国际原子能机构预测，未来十年全球核电装机容量将净增 45%。

铀作为核电核心原料，其资源供给直接制约核能可持续发展。陆地可经济开采铀矿储量有限且分布不均，开采过程还伴随大量三废排放，环境代价高昂。相比之下，海洋蕴含约 4.5×10⁹吨铀，是陆地储量的 1000 倍，足以支撑全球核电长期运行，且海水提铀过程更为绿色环保，被Nature列为 “改变世界的化学分离技术” 之一。在我国 “双碳” 目标下，海水提铀对破解贫铀困境、保障能源安全具有重要战略意义，已被列为前沿科学问题之一。

目前，科研界已开发出聚合物分子刷、金属有机骨架（MOFs）、共价有机骨架（COFs）等多种海水提铀材料及吸附法、电化学法等相关技术，但海水中铀浓度低（约 3.3 μg/L）、离子环境复杂、微生物污染等问题，导致现有材料难以实现工业化应用。其中，聚合物材料因易于生产投放、结构可调、亲和力高等优势，被认为是最具工业化潜力的候选方案。

聚合物基海水提铀材料在稳定性、功能定制化、环境兼容性等方面具备独特优势，相关研究已在提取性能、选择能力等方面取得显著突破。然而，其实际应用仍面临三大挑战：一是化学配位吸附型材料难以兼顾高容量、高选择性与抗生物污染性能，限制大规模海试应用；二是光催化 COFs 基材料虽吸附效率优异，但制备成本高、离子选择性差，难以规模化推广；三是电辅助型材料需持续输入电能，工作电压过高易产生副产物，经济性与提纯难度问题突出。

       聚合物材料因易生产、结构可调等优势，成为最具潜力的候选方案。本刊青年编委中山大学刘绍鸿教授等系统梳理聚合物材料在海水提铀领域的研究进展，重点对目前聚合物海水提铀材料的结构与功能化设计策略进行讨论，并对当前聚合物材料应用于海水提铀时所面临的机遇与挑战进行总结和展望。刘绍鸿教授等提出未来研究需聚焦三大方向：设计综合性能更优的配体与吸附结构，提升材料多性能协同性；开发制备简便、光催化选择性更高的分子结构，降低材料成本；探索低工作电位、低能耗的催化/富集位点，或构建自供能电辅助系统，破解能耗与副产物难题。该领域的技术突破将为海水提铀工业化提供关键支撑，助力核能绿色可持续发展。

第一作者

易锬，中山大学化学学院博士研究生。主要致力于钠离子电池、钾硫电池及海水提铀材料的开发与应用，已在Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials , New Carbon Materials 等以第一作者身份发表多篇创新性研究成果。

通信作者

刘绍鸿，男，1988年10月生，江西吉安人，中山大学化学学院教授、博士生导师。入选国家级青年人才计划和广东省杰出青年项目。主要从事能源高分子与碳材料研究，包括固态电解质、碳负极材料及海水提铀材料。在Nature Nanotechnology, Nature Communications, Advanced Materials等期刊发表论文70余篇，获授权发明专利11件。现任中山大学高分子材料科学研究所副所长，兼任《功能高分子学报》、Energy Materials and Devices等期刊青年编委。