【文/观察者网 张菁娟】

中国科学院青海盐湖研究所溶液结构与界面课题组（周永全研究员团队）与深圳大学高永祥教授团队，近日在先进功能材料与核燃料资源回收交叉领域取得重要进展。

据香港英文媒体《南华早报》26日报道，这支国际科研团队研发出一种微观级“类捕食者”材料，该材料能够在水体中自主游动并捕捉铀离子。这一突破性成果将为核燃料提取、放射性污染清理开辟全新路径。

青海盐湖研究所在官网上写道，研究团队通过拓扑结构畸变策略，成功构建了一类具有高水稳定性、荧光特性和自驱动功能的球形金属有机框架（MOF）微马达。该微马达在光催化铀提取与活性物质仿生行为研究中展现出独特优势，相关成果于3月24日发表于国际学术期刊《纳米研究》（Nano Research）。青海盐湖研究所为第一单位，Ikram Muhammad助理研究员为第一作者。

报道称，铀资源是核能发展的关键战略物资。据估算，海水中铀储量高达45亿吨，远超陆地铀矿资源，但海水铀浓度极低、干扰离子复杂，传统吸附材料普遍存在成本高、动力学慢、容量低等瓶颈。

报道指出，当前我国核电装机规模持续扩容，而铀资源高度依赖进口，因此海水提铀技术的突破，具备重大战略意义。

ZABDC MOF的合成与形貌，以及在有无外加H₂O₂条件下暗处与光照下的铀提取过程，并附有铀吸附的示意图 青海盐湖研究所

此次构建的ZABDC微马达呈球形囊泡结构，尺寸约2微米（远细于人类发丝），具有分级多孔结构和高比表面积（1327 m²/g）。它选用具有大金属节点的锌-腺嘌呤框架，以短链对苯二甲酸替代传统长链联苯二甲酸作为有机连接子，增强了金属-配体键的疏水性与空间位阻，使ZABDC微马达在水相中展现出优异的长期稳定性。

研究表明，在低浓度过氧化氢（0.3 wt%）燃料中，ZABDC微马达可实现自主运动，速度约7微米/秒，在可见光照射下，其速度可协同增强至约15微米/秒。团队通过COMSOL多物理场模拟进一步证实，该微马达的驱动机制源于催化分解产生的离子梯度诱导的自扩散泳效应。

在铀离子提取应用中，ZABDC微马达展现出卓越性能。该材料在可见光照射下对铀的吸附容量高达406 mg/g，在复杂盐湖卤水基质中的分配系数（Kd）达1.0×10⁴ mL/g。特别值得关注的是，吸附于表面的铀酰离子在光催化下进一步转化为亚稳态的晶质铀矿纳米颗粒，实现了从溶解态到固态的有效固定与分离。

研究过程中，团队还发现了一个有趣的仿生现象：在由活性ZABDC微马达与惰性胶体粒子组成的二元体系中，通过改变燃料浓度，可调控出“捕食-逃避”与“集群游动”等类似生物群体的集体行为。这一源于自生离子梯度驱动的扩散泳相互作用，为理解活性物质复杂动力学及发展智能微纳器件提供了新模型。

周永全研究员上周三（22日）接受采访时表示，海外此前虽有光驱动微马达的相关研究，但专门将其应用于铀提取领域的研究十分有限。

“传统吸附材料只能定点放置，而这款微马达可自主运动，且以光能为驱动力，比较环保。”周永全补充说。

据报道，该技术不仅可用于海水、盐湖提铀，还能拓展至核污染水体治理、铷、铯等稀有战略元素回收。

尽管实验成果前景广阔，但周永全也客观表示，该技术目前尚处于研发初期，距离大规模实际应用，仍需攻克多项落地难题。“盐湖环境盐度极高，会导致该微马达无法正常运作。科研研发需要循序渐进，我们也在持续优化这套材料体系。”

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