核能作为清洁、高能量密度的基荷能源，在推动全球碳中和进程中扮演着关键角色。然而，陆地铀资源的快速消耗正成为制约核工业可持续发展的瓶颈。据估算，海洋中蕴藏着约45亿吨铀资源，是陆地铀储量的近千倍，但海水提铀面临多重挑战：真实海水成分复杂，铀浓度极低（仅约3.3 ppb），且存在钒等共存离子的强烈竞争、微生物附着以及界面传质阻力等问题。
针对这一难题，中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究团队提出创新策略，将离散分子拓扑设计引入多孔有机笼体系，成功开发出磷酸功能化材料PhosCage。该材料通过在多孔有机笼的层间纳米空间定向构建磷酸吸附簇，实现了对铀酰离子的高效捕获。实验室测试显示，PhosCage仅需5分钟即可达到吸附平衡，在多个海域的真实海水样品中，其提铀容量最高达50.4mg/g，是美国能源部相关基准的8.4倍。
为解决粉末材料在实际海洋工程中难以部署和易受微生物污染的问题，研究团队进一步将PhosCage与芳纶纳米纤维结合，通过物理缠结与化学锁定协同作用，规模化制备出新型复合气凝胶微球AC-POC。这种微球内部具有连通的孔隙通道，磷酸根与羧基交织形成的强效协同供电子配位环境，显著降低了铀酰离子的配位能垒，使捕获反应更易发生。
在多离子竞争体系中，AC-POC展现出优异的选择性。天然海水连续运行15天的测试表明，其动态提铀容量为22.55mg/g，达到美国能源部相关基准的3.8倍。微球表面的负电荷特性有效抑制了微生物附着和生物膜形成，显著提升了材料在复杂海洋环境中的稳定性。
该研究不仅填补了多孔有机笼材料在海水提铀领域的应用空白，更为设计兼具高抗污性、高选择性和高容量的可持续海水提铀吸附材料提供了理论依据与工程范式，为核能产业的长远发展提供了关键技术支撑。
