Nylig utviklet et samarbeidende forskerteam ledet av professor Qiu Jieshan ved Beijing University of Chemical Technology og professor Wang Gang ved Dongguan University of Technology et elektrokatalytisk materiale med en dobbel konverteringsvei. Dette materialet kan effektivt trekke ut og gjenvinne det ekstremt verdifulle metalluranet fra uran-holdig avløpsvann, og trekke ut mer enn tre ganger sin egen vekt i en enkelt ekstraksjon.
Innen 72 timer kan materialet fjerne 98,4 % av uranet fra uran-holdig avløpsvann, redusere urankonsentrasjonen til 0,022 mg L⁻¹, og oppfylle internasjonale drikkevannsstandarder (0,03 mg L⁻¹). Modulære eksperimenter bekreftet at 15,75 mg uran kunne utvinnes fra grunnvann innen 17 timer.
Kjernekraft er en viktig energikilde som støtter økonomisk og sosial utvikling. Uran er et nøkkelmateriale for kjernekraftproduksjon. Imidlertid blir lett utvinnede uranforekomster på jorden stadig mer knappe, mens avløpsvann som inneholder spormengder av uran er rikelig, sløser med ressurser og forurenser miljøet. Det elektrokatalytiske materialet utviklet av dette teamet er en ny type nanomateriale som effektivt, raskt og rent kan trekke ut uran fra vann.
(Kilde: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Et bifunksjonelt elektrokatalytisk materiale som er i stand til å "gå på to ben"
Dette gjennombruddet ligger i å designe en dobbel funksjon for dette elektrokatalytiske materialet, som gir det muligheten til å "gå på to ben."
Dette spesielle elektrokatalytiske materialet de laget er genialt koblet fra to materialer: det uorganiske wolframoksidet og det organiske polypyrrolen.
Wolframoksidet vokser til en kråkebolleform, mens polypyrrolen, som et lag med ledende gelé, er jevnt belagt på overflaten av kråkebollen.
Denne geniale komposittstrukturen gir dette nye elektrokatalytiske materialet følgende to hovedegenskaper:
Den første egenskapen er et indre elektrisk felt "magnet".
Etter at wolframoksid og polypyrrol er kombinert, genereres et lite indre elektrisk felt mellom dem. Dette elektriske feltet fungerer som et retningsbestemt elektronskli, slik at elektroner kan strømme jevnere fra polypyrrol til wolframoksid.
Som et resultat blir overflaten av wolframoksid dyktigere til å fange og temme positivt ladede uranioner, og raskt elektroredusere dem tilbake til fast uran. Enkelt sagt gjør det elektrokatalysatoren mer attraktiv for uran, holder den mer fast og reduksjonshastigheten raskere.
Den andre muligheten er egen-produksjon av et "utfellingsmiddel".
Polypyrrol i seg selv har en unik evne: den kan fullt ut utnytte oppløst oksygen i vann, stabilt produsere hydrogenperoksyd-det samme hydrogenperoksydet som brukes til desinfeksjon-basert på en to-elektronoksygenreduksjonsreaksjon.
Dette er avgjørende fordi hydrogenperoksid, når det møter uranioner i vann, umiddelbart gjennomgår en "klikkkjemi"-reaksjon, og genererer et gult fast bunnfall kalt uraniumperoksid.
Denne reaksjonen er en godt-etablert industriell metode for uranrensing. På denne måten tiltrekker elektroden ikke bare uranioner, men utfeller dem også umiddelbart som et fast gult bunnfall på seg selv, og skiller dem fullstendig fra vannet.
Disse to banene-elektrisk felt-drevet elektrokjemisk reduksjon og hydrogenperoksid-drevet kjemisk utfelling-har en synergistisk effekt, som å utstyre elektrokatalysatoren med en dobbel motor, og øke hastigheten og den totale mengden uran ekstrahert fra vann kraftig.
(Kilde: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Høy ekstraksjon, rask ekstraksjon, klar gjenkjennelse, lang-varig bruk
Eksperimenter har bevist den imponerende ytelsen til denne to{0}}motorelektrokatalysatoren:
For det første trekker den ut en stor mengde. Under eksperimentell testing nådde dens høyeste utvinningskapasitet 3104 milligram uran per gram materiale, nesten det dobbelte av dagens ledende teknologier.
For det andre trekker den ut raskt. I oksygenrikt vann kan det fjerne over 93 % av uranet innen 6 timer, nesten dobbelt så effektivt som i et enkelt- oksygenfritt- miljø.
For det andre viser den utmerket selektivitet; selv med tilstedeværelsen av vanlige metallioner som natrium, kalsium og magnesium i vannet, kan elektrodematerialet fortsatt presist og fortrinnsvis fange uran.
Til slutt kan den skryte av lang levetid. En skånsom vask med fortynnet syre løser opp og gjenvinner de små gule steinene som fester seg til elektrokatalysatormaterialet. Selve elektrodematerialet er robust og stabilt, og tillater minst 20 gjenbruk uten praktisk talt noen forringelse av ytelsen.
Dette betyr at dette funksjonelle nano-elektrokatalysatormaterialet har brede bruksmuligheter. Ved uranutvinning, prosessering og avgangsbehandling kan denne teknologien effektivt gjenvinne uran fra avløpsvann, redusere radioaktivt avfall og resirkulere verdifulle ressurser.
Hvordan man økonomisk og effektivt kan utvinne uran fra enorme mengder sjøvann har vært en lang-utfordring. Den effektive,-lavenergiteknologien utviklet av professor Qiu Jieshan og professor Wang Gangs team gir en ny tilnærming for fremtidig utvikling av marine uranressurser.
Dessuten kan bruken ved behandling av uran-forurenset grunnvann sikre vannsikkerhet og økologisk helse.
(Kilde: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Når det gjelder fremtidsplaner, sa professor Qiu Jieshan til DeepTech: «Teamet vårt vil samarbeide tett med-lederforskningsinstitusjoner og forskere både innenlands og internasjonalt, ved å bruke avanserte-in situ karakteriseringsteknikker for å avsløre den iboende strukturen-aktivitetsforholdet til disse funksjonelle elektrokatalytiske materialene og mekanismene for transport og optimalisering av arter, transport og optimalisering. materialdesign og forbedring av uranutvinningsytelsen."
I intervjuet så han også for seg de brede bruksutsiktene til funksjonelle materialer, spesielt funksjonelle karbonmaterialer, i gassseparasjon, energilagring og katalyse, spesielt i applikasjoner som nasjonen trenger et presserende behov for, for eksempel høyytelsesmaterialer og enheter for energilagring, avsalting av sjøvann og vannelektrolyse for hydrogenproduksjon kombinert med intelligent kjemisk produksjon. På disse feltene vil funksjonelle karbonmaterialer, på grunn av deres unike struktur og egenskaper, spille en avgjørende rolle.