研究方向1 电容去离子技术应用于放射性废水处理
在放射性废水处理中，电容去离子技术展示了其环境友好和高效率的特点，可以有效去除放射性废水中的重金属和放射性核素，从而减少对环境的影响。课题组在电容去离子技术方面取得了显著的进展。特别是在电极材料的开发上，成功合成了石墨烯基复合材料，并引入了MoS2异质结构，以增强材料的稳定性和离子去除效率。这些新型复合材料不仅提高了电容去离子技术的性能，也展现了优异的抗化学和放射性腐蚀性能，相关研究成果发表在Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Material、Small等期刊上。
研究方向2 熔盐电化学及其干法后处理应用研究
课题组近年来系统研究锕、镧元素在各种活性阴极（Al，Cu，Ga，Ni，Zn，Bi等）上的电化学行为，得到了铀与镧系元素在Al，Cu，Ga，Ni，Zn，Bi电极上的沉积电位序。通过比较发现在活性Al，Cu，Ga，Ni，Zn，Bi阴极上锕系元素与镧系元素的沉积电位差最大，具有优异的锕-镧分离性能。进一步开展了铀与镧系元素在Al，Cu，Ga，Ni，Zn，Bi阴极上的分离工作。相关工作近五年来在电化学领域著名期刊Electrochim. Acta、J. Electrochem. Soc.等期刊上上共发表论文二十余篇。此外，采用熔盐电解法合成磁性材料、催化剂和发光等功能性材料，应用于电催化和生物等领域。
研究方向3 放射性核素的分离与富集
在锕系元素的分离与富集研究中，申请人对吸附络合和电吸附催化实验过程与其机理方面具有夯实的研究基础。专注设计开发耐酸、耐辐照的无机、有机/无机复合材料，这些材料包括MoS2（Surfaces and Interfaces, 2020, 18: 100409）、GO/PAA（Chemical Engineering Journal, 2024, 481: 148388）、MGO/PEI（复合材料学报, 2023, 40(11)）、EuVO4（Chemosphere, 2021, 273, 128569），γ-MnO2氧空位（Journal of Hazardous Materials, 2023459(5): 132112），WS2（环境工程技术学报, 2023, 3, 13）、Ag3PO4@MoS2（湿法冶金, 2019, 38(06)）等，并展现出了高效分离去除U、Eu、Th、I等放射性核素性能。在机理方面的研究中，专注于探究材料与放射性核素之间的相互作用机制。通过采用先进的表征技术，深入研究材料表面的化学状态、吸附位点以及电子转移过程。锕系元素分离富集的研究基础为本项目提供了理论支撑，也为放射性核素的处理和环境修复提供了有效的技术途径。
研究方向4 理论模拟计算的研究基础
运用量子化学程序和分子动力学深入研究分子系统。在这个过程中，波函数理论和密度泛函理论被用于量子化学计算，以精确地预测和分析分子的电子分布、能级和分子轨道。理解分子内部的电子结构，对化学反应和分子间的相互作用有重要影响。同时，为了模拟分子在时间内的运动和它们之间的相互作用，使用经典分子动力学模型，观察和分析分子行为的时间演化。例如，分子的运动轨迹、结构变化和动态反应过程。利用密度泛函理论（DFT）计算了MoS2不同晶面与UO22+的稳定构型及其电荷分布（Surfaces and Interfaces, 2020, 18: 100409）。MoS2原位验证氢键重构铀酰活性位点的行为机制（Journal of Hazardous Materials, 2023, 442: 130089）。DFT理论计算来揭示γ-MnO2氧空位配位络合UO2[(H2O)5]2+机理（Journal of Hazardous Materials, 2023, 45(9): 5132112）。MoS2/Au异质结电极检测痕量Hg的机理（Journal of Environmental Chemical Engineering, 2023, 11(6): 111563）。3D气凝胶中，C=O=C=O区域链的双氧 “O”在UO2[(H2O)5]2+的电吸附和电催化过程中的作用机制（Chemical Engineering Journal, 2024, 481: 1483880。此外，利用分子动力学探索MoS2/GO异质结电极的电吸附-电催化UO2[(H2O)5]2+在电化学过程中的稳定性和动力学响应。
