红磷介导铜氧化还原循环实现六价铀高效自发还原及富集机制研究

针对传统U(VI)还原需外部能量输入的瓶颈，研究者创新性开发了红磷负载铜材料（RPC），通过Cu2+ ?Cu+ 循环驱动电子传递，在无光/电条件下实现U(VI)高效还原（109.6 mg·g-1 ·min-1 ），为放射性废水治理及海水提铀提供新策略。

　　

核能发展伴随的铀污染治理是环境科学领域重大挑战。六价铀(U(VI))因其高毒性、强迁移性对生态系统构成威胁，而传统还原技术依赖光/电催化，存在能耗高、条件苛刻等缺陷。如何实现U(VI)在环境条件下的高效自发还原，成为突破核废料处理瓶颈的关键。

湖南科研团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过将铜原子锚定于红磷(RP)表面构建RPC材料，首次实现无外源能量输入的U(VI)高效还原。该材料在30分钟内去除率达97.7%，标准活性达109.6 mg·g^-1
·min^-1
，远超33种已报道体系，并在实际水体(pH1-11)中保持优异性能，海水铀富集倍数达181.1倍。

关键技术方法
研究采用水热法制备纯化RP，通过化学还原固定铜原子构建RPC；利用X射线光电子能谱(XPS)证实P-Cu化学键形成；通过柱实验模拟工程化应用场景；结合动力学分析和对照实验阐明Cu²⁺
?Cu⁺
循环机制。

研究结果

1. RPC材料特性
   XPS显示RPC中P⁰
   占比达89.8%，铜以Cu⁺
   /Cu²⁺
   混合价态存在，P-Cu键促进电子转移。

2. 还原性能优势
   对比纯RP和铜，RPC的U(VI)还原速率分别提升4.3倍和14.6倍，在海水等复杂基质中仍保持90.5%回收率。

3. 机制解析
   RP持续供给电子驱动Cu²⁺
   →Cu⁺
   转化，后者作为活性中心直接还原U(VI)，循环过程中Cu⁺
   不被永久氧化失活。

结论与意义
该研究突破传统还原技术依赖外源能量的限制，通过巧妙的材料设计实现"电子供给-传递-利用"链条优化。Zhuofeng Hu、Ningchao Zheng等作者揭示的P-Cu协同机制，不仅为放射性污染治理提供新方案，更开创了海水铀提取的低成本路径。其柱实验结果证实了工程化应用潜力，对保障核能可持续发展具有双重价值——既消除环境风险，又回收战略资源。