Effective and selective removal of 99TcO4– from aqueous solution is highly desirable for both waste partitioning and contamination remediation purposes in the modern nuclear fuel cycle, but is of significant challenge. We report here a hydrolytically stable and radiation-resistant cationic metal–organic framework (MOF), SCU-101, exhibiting extremely fast removal kinetics, exceptional distribution coefficient, and high sorption capacity toward TcO4–. More importantly, this material can selectively remove TcO4– in the presence of large excesses of NO3– and SO42–, as even 6000 times of SO42– in excess does not significantly affect the sorption of TcO4–. These superior features endow that SCU-101 is capable of effectively separating TcO4– from Hanford low-level waste melter off-gas scrubber simulant stream. The sorption mechanism is directly unraveled by the single crystal structure of TcO4–-incorporated SCU-101, as the first reported crystal structure to display TcO4– trapped in a sorbent material. A recognition site for the accommodation of TcO4– is visualized and is consistent with the DFT analysis results, while no such site can be resolved for other anions.

Searching for new chemically durable and radiation-resistant absorbent materials for actinides and their fission products generated in the nuclear fuel cycle remain highly desirable, for both waste management and contamination remediation. Here we present a rare case of 3D uranyl organic framework material built through polycatenating of three sets of graphene-like layers, which exhibits significant umbellate distortions in the uranyl equatorial planes studied thoroughly by linear transit calculations. This unique structural arrangement leads to high β and γ radiation-resistance and chemical stability in aqueous solutions within a wide pH range from 3 to 12. Being equipped with the highest surface area among all actinide compounds known to date and completely exchangeable [(CH3)2NH2]+ cations in the structure, this material is able to selectively remove cesium from aqueous solutions while retaining the polycatenated framework structure.

99Tc is one of the most problematic radioisotopes in used nuclear fuel owing to its combined features of high fission yield, long half-life, and high environmental mobility. There are only a handful of functional materials that can remove TcO4- anion from aqueous solution and identifying for new, stable materials with high anion-exchange capacities, fast kinetics, and good selectivity remains a challenge. We report here an 8-fold interpenetrated three-dimensional cationic metal-organic framework material, SCU-100, which is assembled from a tetradentate neutral nitrogen-donor ligand and two-coordinate Ag+ cations as potential open metal sites. The structure also contains a series of 1D channels filled with unbound nitrate anions. SCU-100 maintains its crystallinity in aqueous solution over a wide pH range from 1 to 13 and exhibits excellent β and γ radiation-resistance. Initial anion exchange studies show that SCU-100 is able to both quantitatively and rapidly remove TcO4- from water within 30 min. The exchange capacity for the surrogate ReO4- reaches up to 541 mg/g and the distribution coefficient Kd is up to 1.9 × 105 mL/g, which are significantly higher than all previously tested inorganic anion sorbent materials. More importantly, SCU-100 can selectively capture TcO4- in the presence of large excess of competitive anions (NO3-, SO42-, CO32-, and PO43-) and remove as much as 87% of TcO4- from the Hanford low-level waste melter off-gas scrubber simulant stream within 2 h. The sorption mechanism is well elucidated by single crystal X-ray diffraction, showing that the sorbed ReO4- anion is able to selectively coordinate to the open Ag+ sites forming Ag-O-Re bonds and a series of hydrogen bonds. This further leads to a single-crystal-to-single-crystal transformation from an 8-fold interpenetrated framework with disordered nitrate anions to a 4-fold interpenetrated framework with fully ordered ReO4- anions. This work represents a practical case of TcO4- removal by a MOF material and demonstrates the promise of using this type of material as a scavenger for treating anionic radioactive contaminants during the nuclear waste partitioning and remediation processes.

Effective detection of chromate anions in aqueous solution is highly desirable because of their high solubility, environmental mobility, carcinogenicity, and bioaccumulation effect. A new strategy for precise detection of chromate anions in the presence of a large excess of other anions, such as Cl–, NO3–, and HCO3–, in drinking water and natural water systems remains a challenge. Herein, a hydrolytically stable cationic luminescent europium(III)-based metal organic framework (MOF), 1, was successfully synthesized and investigated as a luminescent sensor that exhibits instant and selective luminescence quenching properties toward chromate ions in aqueous solutions. Moreover, 1 can be introduced into high-ionic-strength water system (e.g., seawater) for chromate detection as a consequence of the excellent sensing selectivity. The real environmental application of 1 as a chromate probe is studied in deionized water, lake water, and seawater. The detection limits in these aqueous media are calculated to be 0.56, 2.88, and 1.75 ppb, respectively. All of these values are far below the maximum contamination standard of Cr(VI) in drinking water of 100 ppb, defined by the U.S. Environmental Protection Agency. This excellent chromate sensing capability originates from the fast enrichment of chromate ions in solids of 1 from solutions, followed by efficient energy transfer from the MOF skeleton to the chromate anion, as demonstrated by solution absorption spectroscopy, X-ray diffraction, and chromate uptake kinetics and isotherm investigations. To the best of our knowledge, 1 possesses the lowest chromate detection limit among all reported MOFs up to date and is the only MOF material reported for chromate sensing application under environmentally relevant conditions with high ionic strengths.

Precise detection of low-dose X- and γ-radiations remains a challenge and is particularly important for studying biological effects under low-dose ionizing radiation, safety control in medical radiation treatment, survey of environmental radiation background, and monitoring cosmic radiations. We report here a photoluminescent uranium organic framework, whose photoluminescence intensity can be accurately correlated with the exposure dose of X- or γ-radiations. This allows for precise and instant detection of ionizing radiations down to the level of 10-4 Gy, representing a significant improvement on the detection limit of approximately two orders of magnitude, compared to other chemical dosimeters reported up to now. The electron paramagnetic resonance analysis suggests that with the exposure to radiations, the carbonyl double bonds break affording oxo-radicals that can be stabilized within the conjugated uranium oxalate-carboxylate sheet. This gives rise to a substantially enhanced equatorial bonding of the uranyl(VI) ions as elucidated by the single-crystal structure of the γ-ray irradiated material, and subsequently leads to a very effective photoluminescence quenching through phonon-assisted relaxation. The quenched sample can be easily recovered by heating, enabling recycled detection for multiple runs.

The combination of high atomic number and high oxidation state in UVI materials gives rise to both high X-ray attenuation efficiency and intense green luminescence originating from ligand-to-metal charge transfer. These two features suggest that UVI materials might act as superior X-ray scintillators, but this postulate has remained substantially untested. Now the first observation of intense X-ray scintillation in a uranyl-organic framework (SCU-9) that is observable by the naked eye is reported. Combining the advantage in minimizing the non-radiative relaxation during the X-ray excitation process over those of inorganic salts of uranium, SCU-9 exhibits a very efficient X-ray to green light luminescence conversion. The luminescence intensity shows an essentially linear correlation with the received X-ray intensity, and is comparable with that of commercially available CsI:Tl. SCU-9 possesses an improved X-ray attenuation efficiency (E>20 keV) as well as enhanced radiation resistance and decreased hygroscopy compared to CsI:Tl.

Introduction Despite the return of college students to campus in the post-pandemic era, the deep influence of COVID-19 on learning approaches persists. Existing research has explored fewer mechanisms underlying academic self-efficacy and learning engagement. In line with social cognitive theory, the psychological resilience framework, and vocational socialization theory, this research investigated academic self-efficacy, professional commitment, psychological resilience, and academic engagement among college students in the post-pandemic era. In this research, the focus was on understanding the impact of academic self-efficacy on learning engagement, taking into account gender as a moderator and psychological resilience and professional commitment as mediators. Methods We conducted a survey with 1,032 college students in Henan Province, China, utilizing the Psychological Resilience Scale, Academic Self-Efficacy Scale, College Student Learning Engagement Questionnaire, and College Student Professional Commitment Scale. SPSS and the Process plugin were used to assess mediating and moderating effects. Results Academic self-efficacy significantly and positively correlates with college students’ commitment to learning. The positive anticipation of learning engagement facilitated by academic self-efficacy exerts its effect through the fully parallel mediation of psychological resilience and professional commitment. Notably, the mediation effect of professional commitment was greater than that of psychological resilience. Further research found that the mediation of professional commitment was moderated by gender, with female students demonstrating stronger perceptions of professional commitment associated with elevated levels of learning engagement. Gender did not exhibit a significant moderating effect on psychological resilience. Conclusion College students’ academic self-efficacy, professional commitment, and psychological resilience must be addressed to enhance their learning engagement.