Negatively Charged Catalytic Centers on MXene for Sustainable Uranium Recovery

化学 吸附 铀 催化作用 双功能 钼酸盐 电极 化学工程 萃取(化学) 氧化还原 无机化学 静电学 膜 双功能催化剂 钼 锌 降水 选择性吸附 离子交换 选择性 多相催化 表面电荷 静电相互作用 涂层
作者
Wenzhong Qu,Y Liu,Zhirong Liu,Changfu Wang,Yun Wang,Dingzhong Yuan,Fengtao Yu,Hao Jiang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:65 (23): 12854-12862
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.6c00596
摘要

Efficient and selective uranium extraction from wastewater remains a significant challenge, primarily because conventional adsorbents exhibit low affinity for UO 2 2+, while most catalytic centers are either neutral or positively charged, creating a fundamental charge incompatibility with the target ions. To overcome this, we adopted an integrated adsorption–electrocatalysis strategy using a freestanding membrane electrode (ZMOM), fabricated via electrostatic self-assembly of Ti 3 C 2 T x MXene and zinc molybdate (ZMO). The key innovation lies in employing molybdate ions as bifunctional units that combine a negatively charged surface for electrostatic attraction of UO 2 2+ with oxygen-bridged configurations that serves as integrated catalytic sites. This synergy enables continuous capture and molybdenum-mediated redox conversion (U 6+ ↔ U 5+ ), leading to the precipitation of insoluble Na 2 O(UO 3 ·H 2 O) x for easy recovery. Under the square-wave exchange (SWE) method, the optimized ZMOM-2 electrode achieves a high uranium extraction capacity of 1641.78 mg/g at −5 V from a 100 mg/L solution and retains 98.78% of its capacity over five consecutive cycles. This work establishes a new design principle that integrates adsorption sites and anionic catalytic centers into a single material, offering an efficient and robust route for uranium resource recovery.
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