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麻省理工學院Ju Li和 Chao Wang課題組--可重復使用的功能石墨烯-泡沫電極原位電解沉積鈾
       核裂變產生4億千兆瓦的電,占全球發電量的11%。鈾是裂變燃料和放射性廢物的基本元素,因此,鈾的回收至關重要。這里,報道了一種從水溶液中提取鈾的原位電解沉積方法。功能化還原氧化石墨烯泡沫(3D-FrGOF)被用作工作電極,既充當析氫反應催化劑又可作為鈾沉積的基底。在不達到飽和的情況下,用3D-FrGOF對鈾離子(U)的電解沉積比容量為4560mg·g-1,庫侖效率可達54%。此外,摻入海水中的鈾濃度從3 ppm降至19.9 ppb,該值低于美國環境保護署的飲用水鈾限量(30 ppb)。此外,在反向偏置電壓的第二浴中,將鈾(U)收集電極噴射到2000 ppm濃U溶液中,電極可以有效地再生和循環至少9次,且效率衰減不明顯。這些發現為獨立式3D-FrGOF電極用于水處理先進分離技術開辟了新道路。
 

Figure 1. a,b)鈾電解沉積過程示意圖。c-e)3D-FrGOF表面和內部的光學照片和掃描電鏡圖像。f,g)3D-FrGOF和3D-rGOF的拉曼和紅外光譜。h) 3D-FrGOF電極和不銹鋼支架在空白溶液中的極化曲線。i)3D-FrGOF電極和不銹鋼支架在100毫克每升鈾溶液中的CV曲線。
 
 
Figure 2. 不同條件下的提取性能:a-d) pH,外加電壓,時間,以及濃度的影響。e)50毫克每升鈾時,提取鈾的循環性能。
 
  Figure 3.a)用空白3D-rGOF和3D-FrGOF提取前后的含鈾溶液的光學照片,以及鈾提取后的3D-FrGOF照片。b)鈾沉積后3D-FrGOF電極的掃描電鏡圖像。c)超聲處理后沉積物的掃描電鏡圖像。d)3D-FrGOF表面的掃描電鏡,以及e,f)鈾和氧的元素分布。
 
 
Figure 4.a)鈾提取后3D-FrGOF電極的XRD和計算的XRD圖。b)鈾沉積物的計算原子結構。c)鈾沉積物的透射電鏡圖像。d) 鈾沉積物的的SAED圖和晶面指認。
  
        該研究工作由麻省理工學院Ju Li和 Chao Wang課題組于2021年發表在Adv. Mater.期刊上。原文:Uranium In Situ Electrolytic Deposition with a Reusable Functional Graphene-Foam Electrode。

轉自《石墨烯研究》公眾號

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