Isomer-tailored vinylene-based COFs for photo-enhanced uranium extraction from seawater: Mechanistic insights into carrier dynamics and structural superiority

海水 铀 萃取(化学) 材料科学 分子动力学 纳米技术 化学 化学工程 计算化学 有机化学 海洋学 冶金 地质学 工程类
作者
Fengtao Yu,Mei Xu,Sha Yu,Bo Wang,Yan Liu,Jie Xu,Jian‐Ding Qiu
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (9): 94907677-94907677 被引量:4
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94907677
摘要

Addressing the challenges of uranium extraction from seawater (UES) requires innovative strategies to overcome ultralow concentration (3.3 ppb) and thermodynamic limits. Herein, we propose a regioisomeric engineering strategy to design vinylene-linked covalent organic frameworks (COFs) for synergistic adsorption-photocatalytic UES. Two isomeric COFs, β-PTTN-AO and α-PNNB-AO, were synthesized by tuning the substitution positions of amidoxime (AO) groups on olefin bonds. The β-PTTN-AO isomer achieves a remarkable UES capacity of 12.74 ± 0.21 mg·g⁻¹ in nature seawater, surpassing its α-positioned counterpart (8.9 ± 0.18 mg·g⁻¹) and outperforming most reported photocatalysts. Combined experiments and DFT theoretical studies correlate regioisomeric configurations with electronic structure modulation and photocatalytic activity. Specifically, β-PTTN-AO enhance π-electron delocalization and strengthen built-in electric fields, promoting exciton dissociation, charge separation and uranium reduction. This work establishes a molecular design paradigm for COF photocatalysts, advancing sustainable nuclear energy through structural isomerism.
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