From bench to buoy: challenges in seawater uranium extraction

作为低碳能源体系的重要组成部分, 核能的可持续发展依赖于铀资源的长期稳定供给. 鉴于陆地铀资源储量有限且分布不均, 海水提铀被认为是具有重要战略意义的补充途径. 近年来, 围绕化学配位、吸附过程调控、光/电催化等机制, 多种新型材料体系不断涌现, 包括多孔有机框架、碳基材料、金属氧化物及功能化纤维和膜材料等, 并在实验室研究中取得了显著进展, 在提升铀酰离子选择性识别、还原转化能力及循环稳定性方面展现出良好的应用前景. 然而, 海水中铀浓度极低且体系高度复杂, 多种高浓度竞争离子、有机质、微生物以及复杂多变的海洋环境条件共存, 在实现高选择性、高稳定性和低成本的铀提取中面临重大挑战. 本文总结了海水铀提取领域的代表性研究成果, 分析了实验室研究向真实海洋环境过程中材料稳定性、生物污染、环境安全性、成本控制及测试标准等方面所面临的关键问题, 并对未来发展方向进行了展望, 以及发展人工智能驱动的材料设计策略在推动海水铀资源可持续利用中的关键作用.