Carbazole-Bearing Conjugated Microporous Polymer Electrodes for Uranium Extraction from Seawater with Good Anti-biofouling Feature

共轭微孔聚合物 微型多孔材料 咔唑 萃取(化学) 海水 聚合物 材料科学 化学工程 吸附 电化学 核化学 电极 化学 冶金 有机化学 复合材料 地质学 海洋学 物理化学 工程类
作者
Xinyue Zhang,Xinying Lei,Hongfei Sun,H. W. Ke,Jingxuan Xu,Yuhao Yang,Sai Zhang,Tao Wen,Zhuoyu Ji,Xiangke Wang
标识
DOI:10.1021/cbe.4c00141
摘要

Emerging electrochemical uranium extraction from seawater offers a promising route for a sustainable fuel supply for nuclear reactor operation. In this work, we intentionally synthesized a conjugated microporous polymer (CMP) with π-conjugated skeletons and permanent porosity, which was induced by in situ electropolymerization on flexible carbon cloths, followed by postdecorating amidoxime groups to create functional materials (CMP-AO). Driven by an extra asymmetrical alternating current electrochemical extraction, the self-supporting and binder-free electrode is exceptionally capable of selectively and rapidly capturing U(VI) from simulated solution, affording an extraction capacity of ∼1806.4 mg/g without saturation. Experimental observation in combination with ex/in situ spectroscopy revealed that CMP-AO enabled surface selective binding sites (amidoxime groups) to U(VI), followed by electrocatalytic reduction (carbazole groups) to yield yellow precipitates (Na2O(UO3·H2O)x) via reversible electron transfer in the presence of sodium electrolyte. Furthermore, the integrating adsorption-electrocatalysis system achieved an extraction capacity of 18.8 mg/g in real seawater for 21 days and good antibiofouling abilities, validating its feasibility for practical application.
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