综述：用于放射性核素与核废料处理的金属有机框架和共价有机框架材料

本综述系统评述了MOFs和COFs材料在核废料处理领域的最新进展，重点介绍了其对79Se、90Sr等关键放射性核素的高效吸附性能，强调了材料可设计性（结构调变）与靶向特异性优势，为核能可持续发展提供材料解决方案。

　　

Abstract

随着快速工业化和全球城市化推动的能源需求持续增长，可持续核电的发展日益加速。核裂变和燃料生产过程会产生多种放射性副产物，包括⁷⁹Se、⁸⁵Kr、⁹⁰Sr、⁹⁹Tc、¹²⁷Xe、^129/131I、¹³⁷Cs和²³⁵U等，这些物质一旦渗入环境将构成严重威胁。核能的可持续发展既依赖于铀等核燃料的便捷充足获取，也离不开核燃料循环的安全高效管理。近年来，金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）等网状材料因其结构可调性和靶向特异性，已成为处理多种放射性核素的高效吸附平台。鉴于过去几十年网状材料在放射性核素处理领域取得重大进展，系统回顾和总结该领域的最新进展显得尤为重要。

放射性废物的分类与处理原则

放射性废物根据放射性强度、半衰期和物理形态可分为多种类型，处理需遵循隔离、浓缩和固化等基本原则。不同核素如长半衰期的⁹⁹Tc和高挥发性的¹³¹I需采用差异化策略，其中吸附法因高效性和操作简便性成为研究重点。

材料设计 prerequisites

高效吸附材料的设计需兼顾孔道结构、表面功能和化学稳定性。MOFs和COFs可通过配体功能化（如引入胺基、硫醇）增强对铀酰离子（UO₂²⁺）或锝酸盐（TcO₄^?）的选择性捕获。辐射稳定性是核废料处理材料的核心指标，部分锆基MOFs（如UiO系列）和硼酸酯COFs展现出优异耐受性。

MOFs在放射性废物处理中的进展

MOFs凭借高比表面积和可修饰性，在铀提取与分离领域表现突出。例如，胺基功能化的MIL-101对铀吸附容量达350 mg/g，且对海水中铀的选择性显著。针对⁹⁰Sr和¹³⁷Cs，磺酸基修饰的MOFs可通过离子交换实现高效捕获。气态放射性核素如⁸⁵Kr和¹³³Xe的吸附则依赖于MOFs的微孔限域效应，Zn-MOF-74对氙的吸附量可达4.5 mmol/g。

COFs在放射性废物处理中的进展

COFs的全有机结构和强共价键赋予其良好化学稳定性。亚胺键COFs通过孔壁富电子体系有效还原⁹⁹TcO₄^?为低迁移性的TcO₂。三嗪基COFs（CTF系列）对碘蒸气（^129/131I₂）的吸附容量突破6 g/g，归因于其富电子芳环与碘的电荷转移相互作用。层间工程策略可增强COFs对锶离子的选择性，吸附速率较传统材料提升3倍。

挑战与展望

当前MOFs/COFs的实际应用仍面临批量合成成本、辐射稳定性验证和动态体系适配性等挑战。未来研究需聚焦于：1）开发低成本绿色合成路线；2）构建多尺度模拟预测材料行为；3）设计复合材料提升机械强度；4）开展基于实际核废液的柱分离试验。通过跨学科合作加速材料从实验室向工程化应用转化，将为核能可持续发展提供关键技术支持。

Conflict of Interest

The authors declare no conflict of interest.