北京大學合作在COFs材料的放射性核素分離研究取得重要進展

2020-09-10 小材科研

共價有機框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）材料是一類具有二維或三維延伸結構、周期性和結晶性的多孔有機聚合物，其結構單元通過強共價鍵連接。因其結構的多樣性、永久的多孔性和優異的穩定性，這類材料在能源、催化、分離等領域均有著重要的應用前景。99Tc是一種半衰期長、毒性大的放射性核素，在水溶液中以TcO4−形式存在。在乏燃料後處理和核環境修復等領域，設計合成具有優異TcO4−捕獲性能的陰離子分離材料仍然是一個重大挑戰。

近期，北京大學化學與分子工程學院翟茂林教授課題組和中國科學院高能物理研究所石偉群課題組合作通過γ射線輻射接枝策略製備了一種咪唑溴鹽修飾的COFs材料。通過優化輻射接枝反應條件，成功實現了COFs孔道內咪唑溴鹽接枝鏈的調控，合成的材料對TcO4−及其模擬物ReO4−具有快速的分離動力學（平衡時間2 min）、優異的吸附能力(吸附容量952 mg/g) 和良好選擇性。利用EXAFS並結合理論計算等方法，揭示了ReO4−在接枝修飾COFs材料中的陰離子交換吸附機理。

圖1 咪唑溴鹽接枝修飾的COFs合成及動態柱實驗示意圖

更為重要的是，製備的COFs材料所具有的高孔隙率和超穩定的納米纖維狀結構，使其成為ReO4−/TcO4−動態柱實驗的理想填料。實驗結果表明，經過4個吸附−解吸循環後，去除率仍高達99.98%，回收率均大於91%，顯示出優異的分離性能。本工作是COFs材料應用於動態吸附柱實驗的首例報導，展現了COFs材料在乏燃料後處理和核環境修復中的巨大潛力，並為其產業化應用提供了重要理論和實驗依據。

圖2 ReO4−/TcO4−動態柱實驗洗脫曲線、去除率及回收率

該研究工作以「Radiation Controllable Synthesis of Robust Covalent Organic Framework Conjugates for Efficient Dynamic Column Extraction of 99TcO4−」為題在Cell Press子刊Chem期刊發表（DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.005）。北京大學化學與分子工程學院博士研究生王月為該論文第一作者，北京大學化學與分子工程學院翟茂林教授、中國科學院高能物理研究所石偉群研究員和袁立永青年研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會的資助。

來源：北京大學

論文連結

https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(20)30415-0

相關焦點

  • 高能所放射性核素分離研究取得進展
    近日，中國科學院高能物理研究所多學科中心石偉群課題組在超分子固相材料用於放射性陰離子分離方面取得新進展，相關研究成果以Anion-adaptive crystalline cationic material for 99TcO4- trapping（《陰離子自適應晶態陽離子材料用於高鎝酸根捕獲》）為題於4月4日在線發表在
  • 清華材料學院朱宏偉教授課題組合作在孿晶結構催化水分解取得新進展
    清華材料學院朱宏偉教授課題組合作在孿晶結構催化水分解取得新進展清華新聞網10月10日電 10月4日，清華大學材料學院朱宏偉教授課題組合作在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上發表了題為《孿晶結構BiVO4光陽極促進載流子的分離和傳輸提高產氧性能
  • 北京大學在智能微納變體機器人領域取得重要進展
    北京大學工學院段慧玲教授課題組在智能微納米變體機器人設計理論、材料和結構研製及功能化研究中取得重要進展，相關工作發表在國際重要期刊《Materials Today》、《Science Advances
  • 蘭州大學與國內外機構合作在納米材料研究領域取得重要進展
    納米晶材料，由於其獨特的微結構和優異的性能（如高強度、高硬度、高韌性、超塑性等），引起了人們越來越多的關注。在過去幾十年間，大多數研究工作主要致力於如何獲得細小的平均晶粒尺寸，而對工程可靠性至關重要的微結構均勻性卻鮮有研究。
  • 新型二甲苯異構體分離吸附劑取得重要進展
    近日，浙江大學的崔希利研究員及合作者在混合二甲苯異構體高效分離方向取得重要進展，通過製備具有客體響應性的吸附劑通過形狀識別機理可以高效識別二甲苯異構體。隨著合成樹脂、合成纖維和合成橡膠的飛速發展，二甲苯的需求量不對增加。
  • 等離子體所放射性核素遷移轉化機理及汙染治理研究獲進展
    在國家自然科學基金傑出青年科學基金、中科院重大項目和「973」重大研究項目等多項課題的資助和中科院大科學裝置的技術支撐下，中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所低溫等離子體應用研究室王祥科研究員帶領的環境與放射化學研究團隊，在放射性核素遷移轉化機理和環境汙染治理研究方面取得新進展，相關成果發表在環境地球化學領域國際雜誌《地球和宇宙化學》（Geochimica et
  • 同位素分離材料研究中取得進展
    針對H2/D2同位素分離這一技術難題，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員袁大強課題組，以有序微孔MOFs為吸附劑，通過自組裝的低溫氣體穿透裝置探究材料在高通量動態條件下的氫同位素分離性能，該研究為開發基於物理吸附的能耗低、投資少且工藝簡單的選擇性捕獲氘氣技術提供了實驗依據。
  • 北京大學在鋰電池錳基尖晶石正極材料方面取得進展
    近日，北京大學新材料學院潘鋒教授團隊在鋰電池錳基尖晶石正極材料方面研究工作中取得重要進展。正極材料通常被認為是決定鋰離子電池性能的決定性因素。在已有的正極材料中，錳基尖晶石型鋰錳氧化物LiMn2O4（LMO）由於其高電壓（Li/Li+≈4.0V）和低成本而引起了廣泛的應用。然而，循環性能差和相對較低的容量極大地限制了其作為鋰電正極材料的廣泛應用。究其原因，不良的循環穩定性直接與Jahn-Teller（JT）畸變引起的結構轉變、Mn3+的歧化反應和Mn溶解直接相關。
  • 中國科大在二維材料半導體量子電晶體研究中取得重要進展
    中國科大在二維材料半導體量子電晶體研究中取得重要進展 　　我校郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室在半導體門控量子點的研究中取得重要進展。
  • 放射性核素標記多功能納米探針及其在PET顯像中的研究進展
    納米探針主要包括磁性納米探針、光學納米探針、放射性核素標記納米探針、聲學納米探針、多模態納米探針和診療一體化納米探針等。 由於PET的高靈敏度、精確的空間定量能力及其在診斷和監測疾病變化中的重要作用，放射性核素標記納米探針迅速成為近年的研究熱點。
  • 理化所等光子晶體驅動材料研究取得新進展
    光子晶體超浸潤性賦予具有獨特光學調控性能的光子晶體材料在傳感、檢測、防汙、驅動、油水分離等方面的新應用。中國科學院理化技術研究所仿生材料與界面科學重點實驗室江雷團隊在具有超浸潤性光子晶體的製備及應用方面取得系列進展（Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 6833）。
  • 中科大量子測量研究取得重要進展
    記者11月20日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊日前在量子測量研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、項國勇研究組與德國、義大利、瑞士理論物理學者合作，在光子系統中首次實驗使用糾纏集體測量，將量子比特熱力學系統中投影測量反作用降至最小。相關成果於11月16日發表在《物理評論快報》上。
  • 北京大學黃春輝課題組取得錫基鈣鈦礦太陽能電池研究新進展
    近日，北京大學化學與分子工程學院黃春輝課題組在提升錫基鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性研究中取得新的進展。作者利用穩態發射光譜、飛行時間二次離子質譜和雷射掃描共聚焦顯微成像等手段進一步探究了苯肼和滷素離子的協同調控機理，發現苯肼和滷素離子協同引入能夠抑制相分離，提升相穩定性。DFT理論計算也說明少量溴離子的摻入能夠使鈣鈦礦的形成能降低，顯著提升其熱力學穩定性。
  • 鈉離子電池高電壓正極材料低能耗規模化製備取得重要進展
    近日，在中國科學院過程工程研究所綠色化工研究部和中國科學院物理研究所清潔能源團隊多年來持續不斷的合作及共同努力下，鈉離子電池用聚陰離子型高電壓正極材料的低能耗規模化製備取得了重要進展最近，在針對NVPFs進行了一系列水熱/溶劑熱合成方法系統研究之後，她們進一步提出以萃取分離為前提直接製備功能材料，即萃取分離製備一體化的概念，並以Na3(VOPO4)2F（NVPOF）為例，開發了一步便利的室溫可控制備技術，闡述了這一概念的具體應用。NVPFs自1999年由法國科學家J.-M.
  • 三峽大學在有機螢光材料領域取得重要進展
    近日，三峽大學精細化工團隊鄭開波副教授、張諾諾副教授和劉湘博士合作在有機螢光材料領域取得重要進展，創新成果以「用於檢測羰基(包括甲醛、一氧化碳和光氣）的螢光探針的研究進展（Recent progress in
  • 楊金虎教授鈉離子電池負極材料可逆晶態相變研究取得重要進展
    楊金虎教授鈉離子電池負極材料可逆晶態相變研究取得重要進展 來源：化學科學與工程學院   時間：2016-12-13  瀏覽：
  • 中科院太陽能電池材料研究取得新進展
    中科院大連化學物理研究所潔淨能源國家實驗室太陽能研究部、催化基礎國家重點實驗室分子催化與原位表徵研究組（503組）李燦院士、張文華研究員領導的小組在太陽能電池新材料硒化錫（SnSe）的合成研究中取得進展。
  • 進展 | 二維材料及異質結的高通量計算取得重要進展
    因此，探索具有優異性能的新型二維功能材料、研究其新奇物性並構築基於二維材料的新原理器件，對二維材料的實際應用具有重要意義。最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心納米物理與器件實驗室N11組潘金波副研究員、張豔芳博士、杜世萱研究員與天普大學嚴琪閩教授等人合作，在二維層狀材料及
  • 我校教師團隊在鋰離子電池研究中取得系列重要進展
    我校教師團隊在鋰離子電池研究中取得系列重要進展面向我國新能源汽車產業崛起和武漢市光電子產業集群的發展，江漢大學化學與環境工程學院光電化學材料與器件教育部重點實驗室成立了電化學儲能材料與器件團隊。經過初期的建設和發展，在鋰離子電池材料與器件研究中取得一系列重要進展。
  • 韓方普研究組在植物著絲粒研究取得重要進展
    然而這些發現引起了人們的困惑，重排後包含兩個或是多個著絲粒區域的染色體和不包含著絲粒的染色體片段是如何穩定維持下來的，這是基因組進化以及染色體核型多態性研究中的重要問題，也是Barbara McClintock染色體研究一直沒有解決的謎題(Birchler and Han.2018, Plant Cell)。