18新利体育 放射医学与辐射防护国家重点实验室华道本教授课题组采用二维（2D）印迹策略，设计了对铀酰具有特异性识别能力的2D印迹网络（ITDCN），以有效捕获水相中的铀。该印迹网络不仅对铀有很好的选择性，而且具有较高的吸附容量。这项工作提出了一种开创性的二维印迹网络策略用于高容量高选择捕获铀，并可应用于许多其他领域的材料设计。这一成果以“Two-Dimensional Imprinting Strategy to Create Specific Nanotrap for Selective Uranium Adsorption with Ultrahigh Capacity”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上（图1）。
图1. 二维印迹纳米阱用于高容量高选择性提取铀酰
由于陆地上铀资源有限，从海水和核废液中提取铀对核能的可持续发展具有重大战略意义。然而，由于铀浓度低、共存离子多和盐度高等难题，铀的提取材料仍面临许多挑战，如选择性差、吸附能力低。印迹技术已被广泛应用于提高吸附材料的选择性，然而通过三维交联来制备印迹空腔将导致许多吸附位点被堵塞、掩埋或未释放，导致低的铀酰吸附容量。
图2.（A）pH值对铀吸附的影响以及（B）印迹网络和无印迹网络（TDCN）的Zeta电位；（C）吸附剂含量对铀吸附的影响；（D）重复使用性；（E）吸附动力学和（F）吸附等温线
为了解决以上难题，华道本教授团队提出了一种二维印迹策略用于设计带有开放性纳米阱的二维印迹网络材料。与传统具有大量封闭空腔的印迹材料不同，二维特异性纳米阱在结构上具有上下贯通的开放性，不仅可实现对铀酰的优异选择性，而且大大提高了对铀酰的吸附能力。因此，与其他共存离子相比，印迹网络对铀显示出更高的分离系数（Kd = 964500 mL/g），且具有1365.7 mg U/g的高吸附容量。同时，该材料还具有良好的抗盐度干扰性，在宽pH范围内（pH 3.0-10.0）对铀具有高萃取效率，并具有良好的再生性能（图2）。
同时还利用X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收精细结构谱（XAFS）技术研究了材料的吸附机制。印迹网络中含N和O基团参与了铀酰离子在赤道面上的配位，从而确保了材料的二维形态。并根据XPS和XAFS分析结果，应用DFT计算模拟和优化了铀酰离子与纳米阱的配位（图3）。
图3.（A）吸附铀前后ITDCN的XPS测量光谱；（B）ITDCN吸附铀后的U4f高分辨率XPS光谱；吸附铀前后ITDCN的（C）O1s和（D）N1S高分辨率XPS光谱；（E）UO2(NO3)2(H2O)2固体（黑线）和ITDCN吸附铀后（红线）的UL3边缘XANES光谱；（F）不同铀酰配合物在U L3边缘的FTs实验值及其对应拟合;（G）铀酰离子与纳米阱的配位
该工作得到了国家自然科学基金（U1867206, 22176138）的资助，相关论文的第一作者为18新利体育 副研究员徐美芸和2018级硕士生周磊，通讯作者为华道本教授。