Kärnkraft står för cirka 19 procent av USA:s elektriska energiförsörjning. Avfallet innehåller material som är svåra att ta bort. Forskare utvecklade fyra klasser av molekyler, kallas kelatorer, för att selektivt fånga specifika joner. Dessa molekyler använder en kombination av kemisk bindning, attraktioner mellan motsatta laddningar, och/eller förpackning av jonerna i komplementära bindfickor.

Återvinning av kärnbränsle är avgörande för hållbar kärnenergi. Strategiskt utformade jonchelatorer kommer att gynna en säker produktion av energi från kärnkällor. Också, kelatorer kommer att hjälpa till att garantera säkra lager av nyckelmaterial. Radioaktivt avfall är rikt på joner. Kelatorerna som genereras i denna forskning kommer att användas för att selektivt separera specifika joner på begäran, möjliggör en effektivare behandling och säker bortskaffande av avfallet. Kärnteknologin kan även komma till användning vid rening av vatten. Ytterligare, det kan hjälpa till att samla in andra nyckelelement, som litium, som är nyckeln till hållbart energioberoende.

De olika klatorerna av kelatorer som upptäckts och utvecklats under denna grundforskning fungerar som verktyg som fungerar, på molekylskala, att fånga upp och selektivt separera specifika joner från koncentrerade blandningar av andra joner. Användningen av kelatormolekyler för att separera dessa joner fungerar ovanpå traditionella fysiska separationsmetoder. De främsta framstegen inom detta område är utvecklingen av en cesiumextraktionsteknik som kommer att revolutionera dess separation när den används 2018 för sanering av äldre avfall vid Savannah River Site. Genom att selektivt ta bort cesium från saltavfall förädlas processer för kärnavfall mycket mer effektivt. Andra grundläggande upptäckter kan hålla nycklarna till mer selektiv utvinning av salter.

Till exempel, i blandade vattenlösningar kan kelater som innehåller flera ureagrupper svepa runt sulfat, en jon som är extremt skadlig för upparbetning och lagring av kärnavfall. Dessutom, nya kelater utformade med två olika bindningsställen kan användas för bindning av både anjoner och metalljoner. En mycket ny utföringsform av denna idé är utvecklingen av jonparreceptorer som möjliggör selektiv extraktion av litiumsalter. Litium är den avgörande komponenten i många nya teknologier, allt från batterier till industriella smörjmedel till medicin mot depression. En annan viktig upptäckt är skapandet av kelatorer som kan fällas upp kring joner, kallas foldamer.

Med hjälp av ett tillvägagångssätt inspirerat av naturens proteiner, dessa foldamers kan samla joner på en plats och släppa ut dem på en annan plats med solljus som utlösare.