近日，材料科学与工程学院刘友星副教授与合作者在《Nature Water》杂志发表了题为“Localized potential wells enablingdirectional electron transport boostphotocatalytic uranium extraction fromnatural seawater”的研究论文。
光催化海水提铀对于核能的可持续利用具有重要价值，共价有机框架（COFs）作为一类新型晶态多孔有机聚合物，凭借分子结构可精准设计、骨架稳定性优异、光生载流子生成能力强等独特优势，已成为光催化海水提铀领域的明星材料。但目前COFs光催化体系普遍存在光生载流子分离效率低、有效利用率不足的难题，严重制约了光催化反应动力学，极大限制了COFs材料在规模化海水提铀中的实际应用。
针对以上问题，本工作提出“局域势阱”定向调控光生载流子传输新策略。通过在COFs分子电子受体单元精准引入氮异质原子，构筑了原子级可控的局域势阱结构，从分子层面实现了光生载流子传输行为的精准调控。本工作证明了局域势阱可精准诱导光生载流子向材料活性位点定向迁移和高效分离，显著延长载流子寿命，光生载流子平均瞬态寿命从29.4 ps提高到244.5 ps。基于局域势阱COFs光催化材料，光催化提铀动力学达到了7.25 mg g−1 d−1，为报道时最高值。进一步，本工作发展了COFs膜规模化制备新工艺，将其应用于实际海洋提铀，获得了8.9 mg g−1的铀提取容量，证明了其实际应用的前景。
第一作者：徐亚超、周重，通讯作者：刘友星副教授、王君教授、郭少军教授。本研究工作得到了国家自然科学基金等项目资助。
文章信息：Yachao Xu#, Zhong Zhou#, Ruolan Zhao, Xiaohua Guo, Ying Wang, Youxing Liu*, Zheng Lin, Zongqiang Sun, Peng Yu, Mingchuan Luo, Jun Wang*, Shaojun Guo*, Nature Water 2026.
论文链接：https://www.nature.com/articles/s44221-026-00685-y
