你能想象用一塊神奇的魔布，就能從海水中撈取大量的鈾，供應給全世界日漸興起的小型子產品化核反應堆，進而為人類提供近乎無限的無碳能源嗎？這種撈鈾魔布已由中國東北師範大學的團隊開發出來，并闡明了電化學機理，1克這種材料，24天就能從海水中撈出12.6毫克的鈾，為大規模應用提供了巨大的潛力。
相比于美國18%的核發電量，中國2022年核電占比僅4.7%，不過近年來中國在核能上投入巨大，多種類型的反應堆同步開發，在子產品化、小型化方面都取得了巨大進步，各項技術幾乎都領先世界，在建核電機組也位居世界第一，總裝機容量已排名第三。
然而中國的鈾礦資源卻極度匮乏，并且是以中低品位為主，2021年僅生産了1885噸鈾，80%以上需要進口，2022年就進口了12200噸。随着更多核電機組的建成，更加安全的小型子產品化核堆（SMR）的成熟，全球對鈾的需求可能很快就會大幅增加，中國、美國、加拿大等已有多家公司在開發SMR，并陸續投入試運作，其目标都是想盡快搶占全球市場，可以想見，在不遠的将來，全球就可能會陷入空前的缺“鈾”危機。
目前市場上的鈾，主要來自于哈薩克斯坦，占比約45%，那密比亞12%，然後是加拿大、澳洲、烏茲别克斯坦、俄羅斯和奈及利亞，中國僅排在第八位。
根據世界核協會2023年8月的統計，地球上已探明的鈾資源量為608萬噸，其中澳洲占比28%位居第一，哈薩克斯坦13%，加拿大10%，中國僅有4%位居第9。
正是因為鈾資源極度短缺，中國迫切需要找到更多的鈾，那麼這些鈾要從哪裡來呢？你很容易就會想到，海洋！相比于陸地上探明的608萬噸鈾，整個地球的海洋中蘊藏着45億噸鈾，可謂取之不竭，用之不盡。然而這45億噸鈾分散到全球的海水中，濃度僅為10億分之3，要想提取出來，恐怕比登天還難，因為你要過濾30萬噸海水，才能撈到1公斤的鈾！
但鈾的誘惑極其巨大，各國都投入了海水提鈾的研發，英國最早在1950年代開啟了牡蛎計劃，試圖通過無機吸附劑、液液萃取等方式，從海水中提取鈾。美國、德國、日本、意大利等也先後投入研發，但率先取得突破的，卻是中國的華東師範大學，1970年從海水中提取到了30克鈾，成為國際上第一個從海水中撈鈾的國家。
之後日大學學家發明了一種新的吸附劑，包含氫氧化钛和活性炭，1克吸附劑可以提取1毫克鈾，1986年日本建成了年産10千克鈾的海水提取廠，雄心勃勃想在2000年達到1000噸，不過很快就發現，裡面雜質太多，經濟效益太差，兩年後不得不停止了運作。
與此同時，美國科學家也找到一種偕胺肟化吸附劑，在海水試驗中達到了0.45mg/g的鈾吸附量，并且循環10次後依然性能良好，之後含偕胺肟基團的材料，就成了海水撈鈾研究的主流吸附材料。2012年，美國橡樹嶺國家實驗室研發出一種名叫HiCap的吸附材料，達到了3.94mg/g的吸附量。
中國在沉寂了一段時間後，近年來也開始大力開展海水撈鈾的研究，2021年，中科院上海高等研究院基于納米膜技術，在南海建設了公斤級海試平台，達到了3.63mg/g的吸附量。
這次取得突破的是東北師範大學團隊，注意，不是上面說的世界上第一個海水撈鈾的華東師範大學，華東師範位于上海，東北師範位于吉林長春。東北師範大學團隊使用的是電化學方法，具體來說，他們在柔軟的碳纖維上建構了自立式、無粘合劑、無金屬的多孔芳香骨架電極，這種多孔布就像一個個小口袋，裡面裝着可以吸附鈾酰離子的改性偕胺肟基團。
當把這種布放入海水中，并加上石墨陽極通上電後，在交變電場的作用下，鈾酰離子會被選擇性地捕獲，随後通過可逆電子轉移生成鈾酸鈉氧化物{Na2O(UO3·H2O)x}沉澱下來。簡單來說，這個過程就是通過電化學反應，先吸附鈾酰離子，然後通過電子轉移将其還原和氧化，最後形成可以收集的亮黃色沉澱物。
根據科學家們在天然海域進行的試驗，這種方法在運作24天後達到了12.6mg/g的鈾吸附量，并且仍未達到飽和，而且對常見的競争離子也表現出令人滿意的選擇性。這是什麼意思呢？海水中還有大量其他的金屬離子，也就是所謂的雜質，也很容易被吸附，日大學學家們的雄心壯志就是被它們磨滅的，這句話說明，東北師範的這項研究，可能已經較好地解決了這個問題。
根據研究人員的說法，這是迄今為止世界上衆多海水撈鈾方式中，最快最多的吸附方法，并且闡明了PAF電極吸附催化過程中物質轉化的機理，為海水撈鈾的大規模應用提供了巨大的潛力。
是不是感覺很牛掰？世界核協會認為，海水提鈾需要壓低到國際鈾價以下，才具備開采價值。美國2016年曾做過以一個技術成本分析，可以循環利用的吸附材料，需要達到11mg/g的鈾吸附量，才能達到這個要求，是以，東北師範大學的這項研究，是不是已經超過了這個标準，實作了海水撈鈾的關鍵突破呢？
這項研究發表在12月13日美國化學協會期刊《ACS Central Science》上。