近日，由原子能院放射化学研究所与清华大学合作取得的原创性成果《Multi-scale computer-aided design and photo-controlled macromolecular synthesis boosting uranium harvesting from seawater》(《多尺度计算辅助设计及光控聚合技术开发新型海水提铀材料》)在国际知名期刊《Nature Communications》(《自然·通讯》)上发表，这是原子能院首次在该期刊发表成果。该期刊今年影响因子为17.7。放射化学研究所兰友世博士为文章共同第一作者。
文章指出，通过多尺度计算模拟与连续流光控聚合技术相结合，可建立一种海水提铀材料研发新范式，实现具有构象优势的嵌段聚合物型海水提铀材料的设计、优化和定制合成。该研究模式对于更为广泛的功能性嵌段聚合物材料开发同样具有借鉴意义。
嵌段共聚物海水提铀过程的多尺度模拟
海水提铀研究起源于20世纪50年代，用于解决陆地铀矿资源有限性和开发经济性问题。2016年，《Nature》撰文将海水提铀列为有望“改变世界的七项化学分离技术”之一。在过去20年间，针对海水提铀聚合物材料的设计和研发主要集中于微观尺度和宏观尺度两个层面，对于两者之间的介观尺度下聚合物链段空间构象与其吸附行为的关系这一科学问题缺乏认识，并且缺乏精准调控聚合物链段构象的技术手段。因此，现有的大多数海水提铀材料远远无法兑现其理论上的吸附容量，利用率极低。
例如，偕胺肟基吸附材料在海水提铀中被广泛应用，其在使用过程中如同一团蜷缩的毛线球，由于与海水接触面积有限，造成利用率不足1%，导致对海水中铀的富集能力低下，制约了海水提铀工程化的进展。针对这个问题，本研究从多方面围绕海水提铀材料构象问题提出解决策略，通过向吸附材料中引入亲水功能链，使“蜷缩的毛线球”变得松弛，从而加大与海水的接触面积，提高吸附利用率。
嵌段共聚物的光控合成及海水提铀吸附实验
研究采用了多尺度计算与高通量实验相结合的方式，形成了一套具有普适性的高分子材料定向合成研发模式，提出一种新型智能的材料设计理念，模拟了偕胺肟高分子材料的海水提铀过程，通过光控聚合技术精准合成嵌段型偕胺肟聚合物后，进行了28天的真实海水吸附实验。结果证实该材料具有优异的铀吸附性能，吸附容量提高至11.4 mg/g，较之原来材料提高了5倍，这对海水提铀的工程化具有促进意义。
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