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吴晓宏/秦伟/康红军​Small：Co/Al改性1T-MoS2/rGO助力海水中萃取铀和HER

PDR 催化开天地 2023-03-30
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铀（U）是制备核燃料的关键元素，通过电化学提U技术，可利用HER催化剂实现高效提铀。然而，设计和开发高性能析氢反应（HER）催化剂以快速从海水中提取和回收铀仍是一个挑战。
基于此，哈尔滨工业大学吴晓宏教授、秦伟教授和康红军博士（共同通讯作者）等人首次报道了一种双功能Co, Al改性1T-MoS2/还原氧化石墨烯（CA-1T-MoS2/rGO）催化剂，该催化剂在模拟海水中具有良好的HER性能，在电流密度为10 mA cm−2条件下HER过电位为466 mV。
得益于CA-1T-MoS2/rGO的高HER性能，在模拟海水中无需后处理即可实现高效的铀萃取，其提取铀效率为1990 mg g−1，具有良好的可重用性。
通过DFT计算，作者研究了其提取机理。根据计算发现，U在CA-1T-MoS2平面内的吸附能低于边缘的U，表明U更倾向于吸附在CA-1T-MoS2表面内部。CA-1T-MoS2/rGO吸附U的电荷密度差异表明，S与U之间存在明显的电荷转移，存在相互作用。
作者还计算了CA-1T-MoS2/rGO上Co、U、Al和S位点的H2O吸附（ΔGH2O*）、H*吸附（ΔGH*）和OH*吸附（ΔGOH*）的吉布斯自由能。Co位点吸附水的ΔGH2O*远低于Al、S和U位点，说明H2O更容易吸附在Co原子上。U位的ΔGOH*远低于Al、S和Co位点，表明通过H2O解离产生的OH*更容易迁移到U原子上。
此外，Co位点的ΔGH*比Al、S和U位点的更接近0 eV，说明Co位点对氢的吸附能更合适，更有利于HER反应。这种结合趋势也促进了水分子与Co原子的解离，从而促进HER进程。随着OH*在U位点上的吸附，U在CA-1T-MoS2/rGO上的结合能由-4.194 eV变为-2.654 eV，表明OH*的吸附削弱了U与S之间的结合强度，与键长变化趋势一致。这些变化使UO22+与OH*发生良好的反应，从材料表面解吸形成UO2(OH)2析出。
Bi-Functional Co/Al Modified 1T-MoS2/rGO Catalyst for Enhanced Uranium Extraction and Hydrogen Evolution Reaction in Seawater. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202207378.
https://doi.org/10.1002/smll.202207378.
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