Pred kratkim je sodelujoča raziskovalna skupina, ki jo vodita profesor Qiu Jieshan na Univerzi za kemijsko tehnologijo v Pekingu in profesor Wang Gang na Univerzi za tehnologijo Dongguan, razvila elektrokatalitični material z dvojno pretvorno potjo. Ta material lahko učinkovito ekstrahira in pridobi izjemno dragoceno kovino uran iz odpadne vode,-ki vsebuje uran, pri čemer v eni ekstrakciji ekstrahira več kot trikratno lastno težo.
V 72 urah lahko material odstrani 98,4 % urana iz uran-vsebujoče odpadne vode, s čimer zmanjša koncentracijo urana na 0,022 mg L⁻¹, kar ustreza mednarodnim standardom za pitno vodo (0,03 mg L⁻¹). Modularni poskusi so potrdili, da je mogoče iz podtalnice v 17 urah pridobiti 15,75 mg urana.
Jedrska energija je ključni vir energije, ki podpira gospodarski in družbeni razvoj. Uran je ključni material za proizvodnjo jedrske energije. Vendar postajajo nahajališča urana na Zemlji, ki jih je enostavno izkopati, čedalje manjša, medtem ko je odpadnih voda, ki vsebujejo sledove urana, veliko, kar zapravlja vire in onesnažuje okolje. Elektrokatalitski material, ki ga je razvila ta ekipa, je nova vrsta nanomaterialov, ki lahko učinkovito, hitro in čisto ekstrahirajo uran iz vode.
(Vir: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Bifunkcionalni elektrokatalitični material, ki lahko "hoji po dveh nogah"
Ta preboj leži v oblikovanju dvojne funkcije za ta elektrokatalitični material, ki mu daje sposobnost "hoditi po dveh nogah".
Ta posebni elektrokatalitični material, ki so ga ustvarili, je genialno sestavljen iz dveh materialov: anorganskega volframovega oksida in organskega polipirola.
Volframov oksid zraste v obliko morskega ježka, medtem ko je polipirol kot plast prevodnega želeja enakomerno prevlečen na površini morskega ježka.
Ta genialna kompozitna struktura daje temu novemu elektrokatalitskemu materialu naslednji dve glavni zmogljivosti:
Prva zmožnost je "magnet" notranjega električnega polja.
Po združitvi volframovega oksida in polipirola se med njima ustvari majhno notranje električno polje. To električno polje deluje kot usmerjeni elektronski drsnik, ki omogoča bolj gladek pretok elektronov iz polipirola v volframov oksid.
Posledično postane površina volframovega oksida bolj spretna pri zajemanju in krotenju pozitivno nabitih uranovih ionov ter jih hitro elektroreducira nazaj v trden uran. Preprosto povedano, zaradi tega je elektrokatalizator bolj privlačen za uran, ga drži trdneje in stopnja redukcije je hitrejša.
Druga zmožnost je samo-izdelava "obarjalca."
Sam polipirol ima edinstveno sposobnost: lahko v celoti izkoristi raztopljeni kisik v vodi, pri čemer stabilno proizvaja vodikov peroksid-isti vodikov peroksid, ki se uporablja za razkuževanje-na podlagi reakcije redukcije kisika z dvema-elektronoma.
To je ključnega pomena, ker je vodikov peroksid, ko naleti na uranove ione v vodi, takoj podvržen reakciji "klikovne kemije", pri čemer nastane rumena trdna oborina, imenovana uranov peroksid.
Ta reakcija je-dobro uveljavljena industrijska metoda za čiščenje urana. Na ta način elektroda ne le pritegne uranove ione, temveč jih tudi takoj obarja kot trdno rumeno oborino na sebi in jih popolnoma loči od vode.
Ti dve poti-električno polje-poganja elektrokemična redukcija in vodikov peroksid-poganja kemijsko obarjanje-imata sinergistični učinek, kot je opremljanje elektrokatalizatorja z dvojnim motorjem, ki močno pospeši hitrost in skupno količino urana, ekstrahiranega iz vode.
(Vir: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Visoka ekstrakcija, hitro ekstrakcijo, jasno prepoznavanje, dolgo-trajna uporaba
Poskusi so dokazali impresivno zmogljivost tega elektrokatalizatorja z dvojnim{0}}motorjem:
Prvič, izvleče veliko količino. Med eksperimentalnim testiranjem je njegova najvišja zmogljivost ekstrakcije dosegla 3.104 miligramov urana na gram materiala, kar je skoraj dvakrat več od trenutnih vodilnih tehnologij.
Drugič, hitro se izvleče. V vodi s kisikom lahko odstrani več kot 93 % urana v 6 urah, kar je skoraj dvakrat bolj učinkovito kot v okolju brez-kisika z enim-motorjem.
Drugič, kaže odlično selektivnost; tudi ob prisotnosti navadnih kovinskih ionov, kot so natrij, kalcij in magnezij v vodi, lahko material elektrode še vedno natančno in prednostno zajame uran.
Končno se ponaša z dolgoživostjo. Nežno pranje z razredčeno kislino raztopi in obnovi majhne rumene kamenčke, ki se držijo materiala elektrokatalizatorja. Sam material elektrode je robusten in stabilen, kar omogoča vsaj 20 ponovnih uporab brez poslabšanja delovanja.
To pomeni, da ima ta funkcionalni nano-elektrokatalizator široke možnosti uporabe. Pri rudarjenju, predelavi in obdelavi jalovine lahko ta tehnologija učinkovito pridobi uran iz odpadne vode, zmanjša radioaktivne odpadke in reciklira dragocene vire.
Kako ekonomično in učinkovito pridobivati uran iz ogromnih količin morske vode, je bil dolgo- izziv. Učinkovita nizko{2}}energijska tehnologija, ki sta jo razvila profesor Qiu Jieshan in ekipa profesorja Wang Ganga, zagotavlja nov pristop za prihodnji razvoj morskih virov urana.
Poleg tega lahko njegova uporaba pri čiščenju-z uranom onesnažene podtalnice zagotovi varnost vode in ekološko zdravje.
(Vir: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Glede načrtov za prihodnost je profesor Qiu Jieshan za DeepTech povedal: »Naša ekipa bo tesno sodelovala z vrhunskimi-raziskovalnimi institucijami in znanstveniki doma in v tujini, pri čemer bo uporabljala napredne tehnike karakterizacije-in situ za globoko razkrivanje intrinzične strukture-aktivnosti teh funkcionalnih elektrokatalitskih materialov ter mehanizmov transporta in razvoja uranovih vrst, nadalje optimiziranje materialne zasnove in izboljšanje učinkovitosti ekstrakcije urana."
V intervjuju je predvidel tudi široke možnosti uporabe funkcionalnih materialov, zlasti funkcionalnih ogljikovih materialov, pri ločevanju plinov, shranjevanju energije in katalizi, zlasti v aplikacijah, ki jih država nujno potrebuje, kot so visoko-zmogljivi materiali in naprave za shranjevanje energije, razsoljevanje morske vode in elektroliza vode za proizvodnjo vodika v povezavi z inteligentno proizvodnjo finih kemikalij. Na teh področjih bodo funkcionalni ogljikovi materiali zaradi svoje edinstvene strukture in lastnosti igrali ključno vlogo.