L'energia nucleare rappresenta circa il 19% della fornitura di energia elettrica degli Stati Uniti. I rifiuti contengono materiali difficili da rimuovere. Gli scienziati hanno sviluppato quattro classi di molecole, chiamati chelanti, per catturare selettivamente ioni specifici. Queste molecole utilizzano una combinazione di legami chimici, attrazioni tra cariche opposte, e/o avvolgere gli ioni in tasche di legame complementari.

Il riciclaggio del combustibile nucleare è vitale per l'energia nucleare sostenibile. I chelanti ionici progettati strategicamente trarranno grande beneficio dalla produzione sicura di energia da fonti nucleari. Anche, i chelanti aiuteranno a garantire scorte sicure di materiali chiave. I rifiuti radioattivi sono ricchi di ioni. I chelanti generati in questa ricerca verranno utilizzati per separare selettivamente ioni specifici su richiesta, consentendo un trattamento più efficiente e uno smaltimento sicuro dei rifiuti. La tecnologia di base può anche trovare applicazione nella purificazione dell'acqua. Ulteriore, può aiutare a raccogliere altri elementi chiave, come il litio, che sono fondamentali per un'indipendenza energetica duratura.

Le varie classi di chelanti scoperte e sviluppate nel corso di questa ricerca fondamentale fungono da strumenti che agiscono, su scala molecolare, per catturare e separare selettivamente ioni specifici da miscele concentrate di altri ioni. L'uso di molecole chelanti per separare questi ioni agisce in aggiunta ai tradizionali metodi di separazione fisica. Il principale tra i progressi in questo settore è lo sviluppo di una tecnologia di estrazione del cesio che rivoluzionerà la sua separazione quando verrà utilizzata nel 2018 per la pulizia dei rifiuti legacy presso il sito del fiume Savannah. Rimuovendo selettivamente il cesio dai rifiuti di sale i processi di raffinamento per i rifiuti nucleari diventeranno molto più efficienti. Altre scoperte fondamentali potrebbero contenere le chiavi per un'estrazione più selettiva dei sali.

Per esempio, in soluzioni acquose miste i chelati contenenti diversi gruppi urea possono avvolgere il solfato, uno ione estremamente dannoso per il ritrattamento e lo stoccaggio delle scorie nucleari. Inoltre, nuovi chelati progettati con due diversi siti di legame possono essere utilizzati per legare sia anioni che ioni metallici. Una realizzazione molto recente di questa idea è lo sviluppo di recettori per coppie ioniche che consentono l'estrazione selettiva dei sali di litio. Il litio è il componente cruciale di molte nuove tecnologie, che vanno dalle batterie ai lubrificanti industriali ai farmaci per la depressione. Un'altra scoperta chiave è la creazione di chelanti che possono ripiegarsi attorno agli ioni, chiamati folder.

Utilizzando un approccio ispirato alle proteine ​​della natura, questi foldamer possono raccogliere ioni in una posizione e rilasciarli in un'altra posizione usando la luce solare come innesco.