双极电化学海水提铀技术取得重大突破

铀作为核能的重要原料，对全球核工业的可持续发展具有重要战略意义。近年来，核电规模的不断扩大推动了铀需求的显著增长，然而陆地上的铀矿资源储量有限，仅能够维持近百年的使用。海水铀资源储存丰富，大约45亿吨，相当于陆地总储量的千倍。因此，开发高效海水提铀技术已成为实现铀资源的潜在方法。海水提铀也被Nature评为“能改变世界的七种化学分离技术之一”。

众多提取方法中，电化学方法因其快速动力学特性和材料再生能力成为有前景的选择。然而，该技术面临的挑战在于高能耗、低提取效率和选择性差。

湖南大学教授王双印、副教授王燕勇科研团队取得一项突破性研究，他们开发了一种超低电压的双极电化学海水提铀新技术，该技术通过低电位涉氯阳极间接提铀半反应耦合阴极直接铀还原半反应，在超低电压0.6下，宽铀浓度区间(1-100 ppm)模拟海水中提铀率均达到了~100%，进一步将该双极EUE体系应用到超低铀浓度的天然海水中，也显示出优异的铀提取率和抗污染性能。

据介绍，团队开发的双极电化学提铀新技术，突破传统单极提铀体系理论效率受限问题，提铀电耗由文献报道的47500度电/公斤铀降至1944度电/公斤铀；成本低至约83.2美元/公斤铀，远低于传统方法，实现了电化学海水提铀降本增效。

通俗地说，该团队开发了一个“双管齐下”的超省电提铀新方法，设计了一个巧妙的电化学系统，阳极利用海水里本来就有的氯离子参与阳极反应间接“抓住”铀，阴极则直接把铀还原出来。阴阳两极协同作战效率倍增。该方法还超省电，整个系统只需超低电压（0.6V）就能运行；效率超高，天然海水中铀的提取率高达90%以上，不同浓度铀模拟海水提取率接近100%，且抗杂质污染能力强；耗电量从以往的47500度电/公斤铀，降到1944度电/公斤铀、降低约96%。近日，上述成果发表在《自然·可持续性》（Nature Sustainability）上。王双印和王燕勇为论文通讯作者，湖南大学为第一通讯单位，湖南大学化学化工学院博士生王燕静为论文第一作者。

该研究得到了国家自然科学基金以及科技部、湖南省科技厅、湖南省研究生创新基金等方面的资助。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41893-025-01567-z