自然界存在约60种天然放射性核素，人工合成则超2000种，是工业检测、核能与深空探测的重要资源。其高效分离与循环利用技术是我国核资源回收体系的关键瓶颈，突破该技术对保障国家战略资源安全和推动核能可持续发展意义重大。锝-99（99Tc）是典型的裂变产物之一，具有高毒性、高产率和长期放射活性，其半衰期可达2.13×105年。在核工业体系中，99Tc主要以过氧酸根（99TcO4¯）形式存在，一旦意外释放，它们极易在环境中迁移并进入食物链。基于金属有机框架（MOFs）所具备的高比表面积特性，将阳离子型聚合物引入MOFs构筑离子型聚合物–MOFs复合材料，被认为是封存此类放射性阴离子的潜在可行策略。然而，传统制备方法普遍面临聚合物链易缠结、负载量低且活性位点暴露不足等难题。针对上述问题，材料科学与工程学院廖耀祖研究员课题组开展了原创性研究，创新性提出“原位分子编织”技术，实现了聚合物链在MOFs孔道内的有序限域构筑，制备得到结构规整且吸附性能优异的离子型复合材料。

近日，该成果以“In situ molecular weaving of ionic polymers into metal-organic frameworks for radioactive anion capture”为题，发表在国际期刊《自然·通讯》（Nature Communications 2025, 16, 7393）。论文第一作者为我校博士生李星浩，通讯作者为廖耀祖与张卫懿。

双重作用力引发的分子编织构筑离子型聚合物–MOFs复合材料

本项工作通过原位分子编织策略，利用剪切力与配位键的协同作用，在MOFs形成过程中将线性阳离子聚合物链解缠并有序排列于MOFs的纳米通道内，实现了聚合物的均匀分布。该策略构建的离子型聚合物–MOFs复合材料（MW-Ptriaz@MOFs）对放射性阴离子替代物ReO4¯（99TcO4¯的非放射性模拟物）表现出438 mg/g的吸附容量，且20分钟内可达到吸附平衡，并在强酸环境及百倍量竞争阴离子存在下依然保持相对优异的选择吸附性能。

本研究提出的“原位分子编织”策略，不仅为多功能复合吸附材料的结构调控与性能优化开辟了新途径，也为后续高性能离子型复合材料的设计奠定了坚实的理论基础。本研究由国家自然科学基金、上海市关键技术研发计划、中央高校基础研究基金等共同资助。