中國團隊研發出用于海水提鈾的自驅動材料

鈾仍是核反應堆的關鍵燃料。

中國科學院的研究人員設計出一種光驅動微型馬達，能在水中自主游走并主動捕獲鈾離子，標志著資源提取先進材料向前邁出一步。

該系統由中科院青海鹽湖研究所開發，基于一種金屬有機框架（MOF），可將光轉化為運動，使其能在微觀尺度充當自驅動收集器。

鈾依然是核反應堆的關鍵燃料，盡管海水中溶解的鈾估計有45億噸，但其濃度極低，長期以來使提取在技術上復雜、經濟上不可行。

寄望海洋解決方案，保障核燃料供應

隨著中國加快核電能力建設，確保鈾的穩定供應已成為戰略重點，尤其是中國仍依賴進口。這種依賴使尋求替代提取方法的工作變得更加緊迫，包括利用海洋資源的方法。

據報道，研究團隊負責人周永全表示，此前關于光驅動微型馬達的研究大多未專門針對鈾。他指出，雖然基礎技術并不新鮮，但其在鈾提取上的應用仍相對未被探索。

在微觀尺度上，該團隊制備了直徑約2微米的多孔海綿狀顆粒，遠細于人的頭發絲，并調節其內部化學性質，以在水環境中保持長期穩定性。這些顆粒可充當微型馬達：當接觸少量過氧化氫時，它們便產生推力，以每秒約7微米的速度在水中移動，實現主動游走而非被動擴散。

當暴露在光下時，這些顆粒會加速，速度幾乎翻倍，獲得太陽能驅動的提升。在實驗室測試中，它們從水中提取鈾的效率很高，捕獲量高達每克406毫克。隨后，鈾被轉化為穩定的礦化形態，便于分離和安全儲存。

與依賴被動接觸的傳統吸附劑不同，新系統能在水中主動游走，定位并捕獲鈾離子。正如周永全解釋的那樣，這種微型馬達能自主運行，而非固定不動。以光驅動，它能自行移動，與傳統的固定材料相比，提供了一種更節能環保的方法。

在對照實驗中，研究人員記錄到類似生物捕食者-獵物動態的涌現行為。當主動微型馬達與被動膠體顆粒組合時，系統展現出類似“捕獵”、“逃逸”和協調群集運動的模式，這些相互作用會隨燃料濃度的變化而改變。

大部分實驗工作由伊克拉姆·穆罕默德主導，周永全指出，其基本概念可拓展至回收銣和銫等其他戰略元素。雖然早期結果充滿希望，但周永全強調，該技術仍處于起步階段，面臨重大的可擴展性挑戰。

高鹽度環境（如鹽湖）目前限制了這種微型馬達的運作。這位中國科學家補充說，進一步的優化工作正在進行，并強調將該系統轉化為實際應用需要持續的研究和工程改進。

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