海洋中含有大量的铀，但是也存在着大量干扰离子，从海洋中提取超低浓度的铀具有挑战性。因此，开发从海水中高效提取铀的技术十分重要。
到目前为止，科学家们已经开发了不同类型的AO基吸附剂，包括纳米纤维、树脂、水凝胶、共价有机框架、金属有机框架和多孔芳香框架，但目前还没有提出使用多孔有机笼进行铀提取的方法。
在此，作者合成了一种新的酰胺肟官能化有机笼（Am-Cage-1），并通过不同的氢键连接方式获得了两种不同的晶相，分别命名为HPOC-α和HPOC-β。同时，作者还系统地研究了这两种HPOCs的铀提取性能。具有不同堆积结构的两种HPOCs显示出明显不同的铀吸附性能。
首先，作者以已报道的带有氰基的分子笼（CN笼）为原料，在盐酸羟胺的作用下合成了Am-Cage-1（图1a）。接着，作者将Am-Cage-1甲醇溶液在30°C下静置3天后，获得了板状HPOC-α单晶。HPOC-α在P-1空间群中结晶。从晶体结构来看，Am-Cage-1分子具有三角棱柱结构，两个相邻分子的偕胺肟基团表现出多重氢键相互作用（图1b，c）。由于氢键，Am-Cage-1分子堆积形成了3D多孔结构。HPOC-α有一个直径为8.7 ×6.5 Å2的1D通道，沿[100]方向排列（图1D）。实验HPOC-α的X射线粉末衍射（PXRD）数据（图1e）与晶体结构的计算数据很好地匹配，证明了HPOC-α的相纯度。
图1.(a)通过酰胺化反应合成Am-Cage-1的路线; (b)晶体中HPOC-α的分子构象; (c)两个Am笼之间氢键的图示; (d)HPOC-α的堆积结构; (e)HPOC-α的PXRD图。
作者研究发现将Am-Cage-1的结晶温度降低到5°C时，得到了另一种相，称为HPOC-β。HPOC-β在R-3c空间群中结晶，且具有2倍的互穿结构。如图2a所示，单个笼由4个相邻笼的氢键连接，并延伸到3D结构（图2b）。当两个独立的结构相互渗透时，孔隙被堵塞，显示出HPOC-β的致密堆积结构（图2c）。同时，作者还通过将测量的PXRD与计算的PXRD进行比较，确认了HPOC-β的相纯度（图2d）。
图2. (a)HPOC-β晶体结构中AM笼之间的氢键; (b)互穿HPOC-β中的1-折叠结构; (c)HPOC-β的堆积结构; (d) HPOC-β的PXRD图。
综上所述，作者成功合成了两种含有偕胺肟基团的高度结晶氢键有机笼，并将其用于铀提取。HPOC-α的最大铀吸收量为1682 mg·g−1，相比之下，由于其不同的堆积结构，HPOC-β只吸附了少量的铀酰离子。作者观察到孔隙度是铀提取的关键因素之一。本研究表明，多孔有机笼可以用作从海水中捕获铀的有效吸附剂。
文献详情
Title：Uranium Extraction from Seawater via Hydrogen Bond Porous Organic Cages
Authors: Wanning Wu,† Dingyang Chen,† Mengyuan Zhang, Xinhui Zhao, Rui Zhao, Caiyun Geng, Jiangtao Jia,*and Guangshan Zhu*
To be cited as: J. Am. Chem. Soc., 2025, Just Published.
DOI: 10.1021/jacs.4c17520
（来源：超分子科学 版权属原作者 谨致谢意）
