核能是一种重要的清洁能源，发展核电是实现能源供应和低碳排放的重要途径之一。然而，在乏燃料后处理中会产生大量的放射性核素，其中长寿命的129I(T1/2=1 .57 × 107年)被列为重点关注核素。离子态的129I主要以阴离子的形式(I-或IO3-)存在，若排放到环境中，将造成长久的环境污染。在富氧环境中，I-会逐渐转变为IO3-，如美国Hanford核场址地下水中IO3-占总碘量的70.6%。目前绝大多数离子态129I去除工作的研究对象为I-，而对IO3-的研究相对较少。这主要是因为相较于I-，IO3-与吸附剂的作用力更弱，传统的吸附剂难以有效地去除溶液中的IO3-。近日，www.优德88.cpm 放射医学与辐射防护国家重点实验室王殳凹教授团队成功合成了一种具有氧化还原和离子交换协同作用的阳离子有机框架材料(Cationic Polymer Network，CPN)，实现了溶液中IO3-的最高容量吸附。相关成果以“Record High Iodate Anion Capture by a Redox-Active Cationic Polymer Network”为题发表在化学领域国际顶级期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上，论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400849。

图1.1)阴离子交换型和2)氧化还原型吸附剂的吸附机理及其缺陷；3) SCU-CPN-6的结构单体及其协同吸附机理

传统的离子交换类材料虽然具有成本低、吸附速率快等优点，但是其离子选择性较差、饱和吸附容量较低；含金属的氧化还原类材料虽然具备更高的饱和吸附容量，但其吸附过程中存在金属位点价态改变而导致金属污染物流出的风险(图1)。鉴于IO3-易与阳离子结合并被还原(+5价)的特性，王殳凹教授团队提出了先富集后氧化的去除机制，成功合成一例亚胺键连接的、具备离子交换和氧化还原双重位点的新型双功能阳离子有机聚合物SCU-CPN-6 (SCU = Soochow University；CPN = Cationic Polymeric Network)。SCU-CPN-6的阳离子骨架对IO3-具有良好的预富集性，可将溶液中的IO3-吸附至材料中，随后骨架中的苯酚官能团进一步将IO3-氧化还原，实现了吸附容量的大幅提升。

图2.(a, b) SCU-CPN-6的辐照稳定性；(d, e) pH稳定性；(c, f)离子选择性

在稳定性实验中，SCU-CPN-6在高温(300 ℃)、高酸度(1 M HNO3)、高辐照场(400 kGy β射线)等条件下均具有优异的稳定性。同时，SCU-CPN-6展现出优异的离子选择性，可以在竞争离子(SO42-，Cl-，NO3-)存在的水溶液中实现IO3-的精准捕获。

图3.(a) SCU-CPN-6对IO3-的吸附动力学；(b)不同吸附时间后的紫外图谱；(c) SCU-CPN-6对IO3-的吸附等温线；(d)不同吸附剂对IO3-吸附容量的比较

随后，该研究团队系统研究了SCU-CPN-6对IO3-的吸附性能(图3)。结果表明：SCU-CPN-6具有良好的吸附动力学，可以在1 h内去除水溶液中97%的IO3-；该材料还展现出极高的吸附容量(896 mgIO3-/g SCU-CPN-6)，比之前报道的最大吸附容量(ZrSbO2：612.5 mg/g)高出35%，创造了新的吸附容量记录。

图4.(a~d)吸附前后SCU-CPN-6材料的XPS光谱；(f)含不同官能团的聚合材料对IO3-的吸附容量对照；(e) SCU-CPN-6对IO3-的吸附机理

最后，研究团队通过EDS、XPS等表征及对照吸附实验分析了SCU-CPN-6对IO3-的作用机制(图4)。在吸附过程中，SCU-CPN-6通过离子交换的方式将溶液中的IO3-富集在阳离子位点，随后材料中的苯酚结构将IO3-氧化为I-和I2。对照吸附实验证实：这种离子交换和氧化还原的协同作用机制导致SCU-CPN-6的吸附容量远超单一机制的吸附剂(氧化还原：约0 mg/g；离子交换：232 mg/g)，实现了1+1＞2的协同吸附效应。

www.优德88.cpm 放射医学与辐射防护国家重点实验室博士生郭琦、博士后李杰以及硕士生赵玉婷为该论文的共同第一作者，王殳凹教授和陈龙副研究员为共同通讯作者。该工作受到国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作项目、新基石科学基金、国家自然科学基金、国家博士后创新人才计划、中国博士后科学基金、江苏省科学基金、环境友好能源材料国家重点实验室开放课题等项目的资助。