《Journal of Environmental Sciences》：Novel materials for Uranium adsorption/extraction: Research progress on covalent organic frameworks
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•先进的合成方法可精确调控共价有机框架（COFs）的结晶度、稳定性和性能。•协同配位、化学还原与光催化还原有效增强了铀的捕获能力。•合成前与合成后策略实现了对UO?2?的精确识别与结合位点构建。•为从海水及含铀污染废水中提取铀提供了新的研究视角。引言自工业革命以来，工业与技术
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先进的合成方法可精确调控共价有机框架（COFs）的结晶度、稳定性和性能。
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协同配位、化学还原与光催化还原有效增强了铀的捕获能力。
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合成前与合成后策略实现了对UO?2?的精确识别与结合位点构建。
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为从海水及含铀污染废水中提取铀提供了新的研究视角。
引言
自工业革命以来，工业与技术的快速发展因化石燃料储备的枯竭而加剧了全球能源危机，清洁能源转型迫在眉睫（Yang et al., 2024）。核能凭借低碳排放、高能量密度和可回收性等优势，对于重塑全球能源结构至关重要（Durdovic et al., 2024）。铀是最广泛使用的核燃料，因其能够维持大规模链式裂变反应。然而，陆地铀储量有限且分布不均，制约了核能的可持续扩展。因此，从海水——这一储量巨大且广泛分布的铀库——中提取铀已成为关键的研究焦点。与此同时，核燃料循环过程中产生的含铀废水因其低水平放射性和化学毒性而构成双重威胁，引发了严重的环境与健康问题（Ma et al., 2020）。因此，开发高效的吸附策略以实现海水铀回收和含铀污染水的修复，对于能源安全和环境保护均至关重要。在水环境中，铀可存在多种氧化态，包括+3、+4、+5和+6（Song et al., 2014）。在还原条件下，铀主要以四价U(IV)物种存在。然而，由于含U(IV)固体的溶解度极低，在此条件下水体系中的铀浓度仍然较低。相反，在酸性和氧化条件下，铀主要以六价U(VI)存在。由于其独特的电子构型和对氧的强亲和力，U(VI)通过U-O键形成高度稳定的线性铀酰离子（UO?2?）（Song et al., 2017）。铀酰物种在水环境中表现出高溶解度和高迁移性，促进其在水体中的迁移和富集。因此，开发高效的铀吸附与提取策略已成为近年来重要的研究方向（Ding et al., 2023; Liu et al., 2025b）。
吸附是放射性废水处理最有效的途径之一，因为它能够从水环境中高效去除放射性核素（Zhang et al., 2024; Ivanov et al., 2024）。含铀核废水的处理需要吸附剂在强酸性和高辐射条件下仍能保持高效的去除效率。此类应用对材料提出了严格要求，包括高吸附容量、在竞争离子存在下的选择性、优异的化学和耐辐照稳定性以及长期处置安全性（Mei et al., 2023; Niu et al., 2025）。尽管氧化石墨烯（GO）（Liu et al., 2016）、MXenes（Shao et al., 2025）和氮化硼（BN）（Qin et al., 2020）因其独特的层状结构和表面性质在铀吸附领域受到广泛关注，但其实际应用仍受限于选择性不足、结构不稳定或功能化受限。GO具有丰富的含氧官能团用于铀结合，但在酸性和辐照条件下选择性较差且结构易退化。MXenes由于亲水性表面端基而表现出较高的吸附容量；然而，它们易被氧化，在辐照条件下性能往往下降。BN表现出优异的化学和热稳定性；然而，其化学惰性表面限制了吸附容量和后续功能化。
相比之下，共价有机框架（COFs）作为一类新兴的结晶多孔聚合物，通过共价连接由有机结构单元构建而成，具有多种集成优势（Xiao et al., 2025）。其高比表面积、可调孔隙率和精确的结构设计使得可以合理引入铀结合官能团，如氨基、羧基和吡啶基等（Wang and Zhuang, 2019）。此外，其孔道结构与功能化密度可进行调节以优化铀结合位点，从而增强吸附容量和选择性。许多COFs还表现出优异的化学、热和耐辐照稳定性，使其能够在严苛的酸性和高辐射条件下保持结构完整性。凭借有序孔道、结构可调控性和强稳定性，COFs已成为催化、能量存储、气体分离和铀提取等领域极具前景的材料（Qiu et al., 2024; Chen et al., 2026c）。
尽管关于基于COF材料的铀吸附与提取已有大量研究，已有若干综述对其吸附性能、功能化策略和代表性应用进行了总结。然而，重要的知识空白仍然存在。许多先前综述主要关注吸附容量和材料改性方法，而框架构建设计、功能位点工程与铀捕获机制之间的内在关系尚未得到系统阐述。此外，从海水回收铀、光催化U(VI)还原、化学还原诱导固定化以及吸附-还原协同过程等新兴研究方向近年来发展迅速，但尚未被整合到一个全面的结构-性能-机制框架中。此外，铀资源回收与放射性废水修复的不同需求往往被分开讨论，导致对COF结构特征如何在不同水环境中影响铀捕获行为缺乏全面理解。
为解决上述空白，本综述全面概述了基于COF材料在水体系中铀分离与提取的最新进展。与主要总结吸附性能的先前综述不同，本文重点强调COF捕获铀的结构-性能-机制关系。特别关注结构特征、功能位点环境与铀捕获机制之间的关联，包括配位络合、化学还原、光催化还原以及吸附-还原协同过程。此外，本综述还批判性地讨论了在竞争条件下选择性铀回收、长期稳定性、再生、可扩展性和实际部署所面临的挑战。本综述旨在为开发下一代基于COF的材料以实现可持续铀回收和放射性废水修复提供基础见解与合理设计原则。
章节摘要
COFs的合成方法
COFs最早由Yaghi及其同事于2005年通过苯-1,4-二硼酸与六氢氧基均苯三酚的缩聚反应报道，标志着这一研究领域的诞生（C?té et al., 2005）。2011年，基于COF的材料首次被探索用于环境修复，例如CTF/Fe?O?复合材料在去除水溶液中染料方面的应用（Zhang et al., 2011）。随后，Bai等人（2014）开发了一种功能化超微孔材料
COFs对铀的吸附机制
COFs凭借可调孔道结构、丰富的官能团和高比表面积，展现了优异的铀吸附性能。控制铀吸附（特别是铀酰离子吸附）的主要机制包括配位络合、化学还原和光催化还原（Cui et al., 2021a）。这些机制具有各自的特点，并常常协同作用，共同决定了COFs对铀的高吸附效率
COFs的功能设计
COFs凭借其结构可调性、高比表面积和精确可设计的孔隙率，已成为吸附、催化、能量存储和气体分离等领域极具前景的多孔材料。然而，在实际应用中实现这一潜力关键取决于合理的功能设计（Chen et al., 2026a）。通过合理选择和组合分子结构单元所实现的功能化策略对于……
COFs的合成后改性
合成后改性（PSM）是指在具有稳定结晶结构的预合成COFs上，通过化学反应或后处理过程引入官能团或改变框架结构。与直接功能单体设计相比，这一策略能够更精确地控制官能团的类型、密度和分布，从而促进铀吸附与提取性能的优化。此外，
结论与展望
COFs凭借有序结构、可调孔隙率和可定制功能，已成为铀修复与回收的有前景材料。本综述总结了基于COF的铀吸附研究进展，突出了合成策略、功能设计、合成后改性与吸附机制在实现高吸附容量、选择性和稳定性方面的协同作用。
合成路线在决定COF……方面起着关键作用
利益冲突声明
作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
CRediT作者贡献声明
Guang Hu：撰写——原始草稿。Dan Wu：撰写——原始草稿。Kuankuan Liu：撰写——审阅与编辑。Chao Wang：撰写——审阅与编辑。Hu Xu：撰写——审阅与编辑。Junqi Wang：构思。
利益冲突声明
作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本综述得到了煤矿重大项目（编号2024ZD1700204）、秦创原原创平台"四链"融合项目（编号2024PT-ZCK-78）以及秦创原"科学家+工程师"项目（编号2024QCY-KXJ-027）的资助。
胡光|吴丹|刘宽宽|王超|徐虎|王俊奇
