第一作者：曹洁
通讯作者：李晔、郭俊鹏、徐兴涛
通讯单位：武汉理工大学，浙江海洋大学
论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ccr.2026.218167
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近日，武汉理工大学李晔/郭俊鹏团队，浙江海洋大学徐兴涛教授在国际化学顶级期刊Coordination Chemistry Reviews (一区TOP期刊，IF=23.5)发表题为“Interfacial heterostructures for photocatalytic uranium extraction: surface chemistry, charge transfer, and emerging MOF/MXene platforms”的综述论文。系统总结了异质结构光催化材料在铀提取与铀资源回收领域的最新研究进展。
图形摘要
随着全球低碳能源体系加快构建，核能因其高能量密度和低碳排放优势受到广泛关注。与此同时，铀资源的高效获取、含铀废水的安全治理以及放射性污染风险控制，也成为能源环境交叉领域的重要科学问题。海水中蕴藏着极其丰富的铀资源，但其浓度极低，并且受到大量共存离子、有机物和复杂水化学环境的干扰。因此，如何在复杂水体中实现铀的选择性捕获、定向转化和稳定回收，是当前铀提取技术走向实际应用必须解决的关键难题。
光催化铀提取为这一问题提供了新的思路。该过程利用太阳光驱动半导体材料产生光生电子，将水体中可溶性的 U(VI) 转化为低溶解度的铀沉淀或可回收产物，从而实现污染削减与资源回收的协同。然而，传统单一半导体材料往往存在光响应范围窄、光生电子与空穴易复合、表面铀酰吸附能力不足等问题，限制了其在真实海水和放射性废水中的应用。
针对上述挑战，该综述以“界面”为核心，系统梳理了异质结光催化剂在铀提取中的设计逻辑与作用机制。文章重点讨论了 Type-II、Z-scheme/S-scheme、Schottky、p–n 结以及框架型异质结构等多种界面构型，阐明了不同异质结如何调控光生载流子的分离、迁移和利用效率。通过构建合理的界面电场和电子传输通道，异质结构能够有效抑制电荷复合，并将光生电子定向输送至铀酰还原位点，从而提升 U(VI) 光还原效率。
与以往侧重“能带结构”或“材料组成”的综述不同，本文进一步从表面配位化学角度重新审视光催化铀提取过程。铀酰离子并不是简单地吸附在材料表面，而是会与磷酸/膦酸、羧基、偕胺肟/肟基、富氮碳位点、氧化物/硫化物缺陷、MOF 金属节点以及 MXene 表面端基等发生配位作用。这些配位结构不仅决定铀酰离子的选择性富集能力，也影响铀酰与光催化界面之间的电子耦合强度和电子注入效率。因此，光催化铀提取本质上是一个由“表面配位—界面电荷转移—铀物种转化”共同控制的复杂界面反应过程。
论文还系统比较了金属氧化物、金属硫化物、碳基/g-C₃N₄ 材料、MOF/COF 框架材料以及 MXene 基复合材料在铀提取中的研究进展。其中，MOF/COF 材料因其可设计孔道、丰富配位位点和可调电子结构，在铀酰选择性富集与光还原方面展现出重要潜力；MXene 材料则凭借优异的导电性、丰富的表面端基和界面电子传输能力，为构建高效光催化铀提取平台提供了新的可能。
值得关注的是，文章不仅总结了理想模拟体系中的材料性能，也特别强调了真实应用场景中的关键问题。例如，在真实海水、含铀废水和复杂盐水体系中，大量 Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、碳酸盐、硫酸盐、氯离子和天然有机物会显著影响铀酰形态、界面配位和光催化转化效率。此外，铀沉积产物的稳定性、U(IV) 再氧化风险、催化剂循环使用、材料固定化、光催化与膜分离耦合等问题，也决定了该技术能否从实验室走向实际工程应用。
在未来展望部分，论文提出，光催化铀提取研究需要从单纯追求高去除率，进一步转向真实水体适应性、产物稳定性、材料长期耐久性和过程可放大性。通过结合界面配位调控、异质结电子结构设计、膜过程强化以及机器学习辅助材料筛选，有望推动高选择性、高稳定性、低能耗铀提取技术的发展。
结论
该综述为光催化铀提取材料的理性设计提供了系统的理论框架，也从配位化学视角揭示了铀酰捕获、界面电荷转移和铀物种转化之间的内在联系。相关工作对放射性废水治理、海水铀资源开发以及环境功能材料设计具有重要参考价值。
文献信息：Cao J., Li Y., Guo J., Xu X. Interfacial heterostructures for photocatalytic uranium extraction: surface chemistry, charge transfer, and emerging MOF/MXene platforms. Coordination Chemistry Reviews, 2026, 566, 218167.
作者简介
曹洁，武汉理工大学2024级硕士，在Coordination Chemistry Reviews期刊上以第一作者发表SCI一篇。
李晔，博士，二级教授，博士生导师；曾任学院副院长，武汉市水环境工程技术中心副主任兼理工大分中心主任，武汉市人民政府参事，中国环境科学学会水环境分会和重金属污染防治专业委员会委员；湖北省水土保持学会理事及科技协作委员会副主任。担任国家科技计划和科技奖励评审专家；教育部和湖北省等多省市科技计划评审专家；湖北省标准化专家委员会和湖北省危险废物鉴别专家委员会委员。主要从事水污染控制、水生态治理与修复研究工作。主持或承担国家水专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省重点研发计划等各类科研项目60余项；发表学术论文150余篇，被SCI等收录70余篇；授权国家发明专利20项。获湖北省科技进步二等奖（排名第1）；获中国发明协会发明创业成果奖一等奖（排名1）；获冶金优秀教材二等奖（排名第2）。联系邮箱：whly1218@126.com
郭俊鹏，武汉理工大学博士研究生，发表SCI论文19篇，其中以第一/通讯作者身份在Coordination Chemistry Reviews, Small, ES&T Water等期刊发表SCI 9篇（封面论文4篇）。Chinese Journal of Chemistry（中国化学）青研学者。SPT、ES&T Water、ACS Omega、RSC Advances、JRNC、PLOS ONE等期刊审稿人，研究方向：高级氧化，环境催化材料，铀富集。联系邮箱：whutguojunpeng@whut.edu.cn
徐兴涛，博士，教授，博士生导师。入选英国皇家化学会（RSC）高被引作者、日本学术振兴会（JSPS）Fellow、全球前2%顶尖科学家年度科学影响力榜单（2020-2023）等。长期从事海洋化学与资源绿色高值利用的基础研究，在Nature Water、Nature Communications、Chem Rev、JACS、Angew Chem、EES、Adv Mater等国际顶级期刊发表学术论文230余篇，当期入选ESI高被引论文50余篇，被引用超过21000次，H指数92。受邀撰写英文专著《Capacitive Deionization》，另外参与撰写英文专著2部。主持及参与日本科学振兴机构ERATO计划、国家自然科学基金项目、日本学术振兴会研究员项目等。社会学术团队兼职：美国化学会、国际水协会（IWA）、中国化学会、中国水利学会会员、SusMat、Carbon Energy、CCL、Electrochim Acta、Environ Res等期刊副编辑、客座编辑、青年编委等。联系邮箱：xingtao.xu@zjou.edu.cn
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