Nedavno je zajednički istraživački tim predvođen profesorom Qiu Jieshanom na Pekinškom sveučilištu za kemijsku tehnologiju i profesorom Wang Gangom s Tehnološkog sveučilišta Dongguan razvio elektrokatalitički materijal s dvostrukim putem pretvorbe. Ovaj materijal može učinkovito ekstrahirati i oporaviti izuzetno vrijedan metal uran iz otpadne vode-koja sadrži uran, ekstrahirajući više od tri puta više od vlastite težine u jednoj ekstrakciji.
U roku od 72 sata, materijal može ukloniti 98,4% urana iz otpadne vode-koja sadrži uran, smanjujući koncentraciju urana na 0,022 mg L⁻¹, zadovoljavajući međunarodne standarde za pitku vodu (0,03 mg L⁻¹). Modularni eksperimenti potvrdili su da se 15,75 mg urana može ekstrahirati iz podzemne vode unutar 17 sati.
Nuklearna energija ključni je izvor energije koji podržava gospodarski i društveni razvoj. Uran je ključni materijal za proizvodnju nuklearne energije. Međutim, depoziti urana koji se lako iskopavaju na Zemlji postaju sve rijeđi, dok je otpadnih voda koje sadrže uran u tragovima u izobilju, trošeći resurse i zagađujući okoliš. Elektrokatalitički materijal koji je razvio ovaj tim nova je vrsta nanomaterijala koji može učinkovito, brzo i čisto ekstrahirati uran iz vode.
(Izvor: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Bifunkcionalni elektrokatalitički materijal sposoban "hodati na dvije noge"
Ovaj napredak leži u dizajniranju dvostruke funkcije za ovaj elektrokatalitički materijal, dajući mu sposobnost da "hoda na dvije noge".
Ovaj poseban elektrokatalitički materijal koji su stvorili je genijalno spojen od dva materijala: anorganskog volframovog oksida i organskog polipirola.
Volframov oksid raste u oblik morskog ježa, dok je polipirol, poput sloja vodljivog želea, ravnomjerno obložen na površini morskog ježa.
Ova genijalna kompozitna struktura ovom novom elektrokatalitičkom materijalu daje sljedeće dvije glavne sposobnosti:
Prva sposobnost je unutarnje električno polje "magnet".
Nakon što se spoje volframov oksid i polipirol, između njih se stvara sićušno unutarnje električno polje. Ovo električno polje djeluje poput usmjerenog klizača elektrona, omogućujući elektronima da lakše teku od polipirola do volframovog oksida.
Kao rezultat toga, površina volframovog oksida postaje vještija u hvatanju i kroćenju pozitivno nabijenih iona urana, brzo ih elektroreducirajući natrag u čvrsti uran. Jednostavno rečeno, čini elektrokatalizator privlačnijim za uran, drži ga čvršće, a stopu redukcije bržu.
Druga sposobnost je samo-proizvodnja "taložnika."
Sam polipirol ima jedinstvenu sposobnost: može u potpunosti iskoristiti otopljeni kisik u vodi, stabilno proizvodeći vodikov peroksid-isti vodikov peroksid koji se koristi za dezinfekciju-na temelju reakcije redukcije kisika s dva-elektrona.
To je ključno jer vodikov peroksid, nakon susreta s ionima urana u vodi, odmah prolazi kroz reakciju "klik kemije", stvarajući žuti kruti talog koji se zove uranov peroksid.
Ova je reakcija-uhodana industrijska metoda za pročišćavanje urana. Na taj način elektroda ne samo da privlači ione urana nego ih trenutno taloži kao čvrsti žuti talog na sebi, potpuno ih odvajajući od vode.
Ova dva puta-električno polje-potaknuta elektrokemijskom redukcijom i vodikovim peroksidom-potaknuto kemijskim taloženjem-imaju sinergijski učinak, poput opremanja elektrokatalizatora s dvostrukim motorom, uvelike ubrzavajući brzinu i ukupnu količinu urana ekstrahiranog iz vode.
(Izvor: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Visoka ekstrakcija, brza ekstrakcija, jasno prepoznavanje, dugotrajna-uporaba
Eksperimenti su dokazali impresivne performanse ovog elektrokatalizatora s dva-motora:
Prvo, izvlači veliku količinu. Tijekom eksperimentalnog testiranja, njegov najveći kapacitet ekstrakcije dosegao je 3.104 miligrama urana po gramu materijala, gotovo dvostruko više od trenutno vodećih tehnologija.
Drugo, brzo se izvlači. U oksigeniranoj vodi može ukloniti više od 93% urana unutar 6 sati, gotovo dvostruko učinkovitije nego u jednom-motoru,-okruženju bez kisika.
Drugo, pokazuje izvrsnu selektivnost; čak i uz prisutnost uobičajenih metalnih iona poput natrija, kalcija i magnezija u vodi, materijal elektrode još uvijek može precizno i preferencijalno uhvatiti uran.
Konačno, može se pohvaliti dugotrajnošću. Nježno pranje razrijeđenom kiselinom otapa i vraća male žute kamenčiće koji su zalijepljeni za materijal elektrokatalizatora. Sam materijal elektrode je robustan i stabilan, dopuštajući najmanje 20 ponovnih upotreba bez gotovo ikakvog pogoršanja performansi.
To znači da ovaj funkcionalni nano{0}}elektrokatalizatorski materijal ima široku primjenu. U rudarstvu, preradi i obradi jalovine urana, ova tehnologija može učinkovito oporabiti uran iz otpadnih voda, smanjujući radioaktivni otpad i reciklirajući vrijedne resurse.
Kako ekonomično i učinkovito ekstrahirati uran iz golemih količina morske vode bio je dugogodišnji izazov-. Učinkovita,-energetska tehnologija koju su razvili profesor Qiu Jieshan i tim profesora Wang Ganga pruža novi pristup za budući razvoj morskih izvora urana.
Nadalje, njegova primjena u obradi podzemnih-voda kontaminiranih uranom može osigurati sigurnost vode i ekološko zdravlje.
(Izvor: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Što se tiče budućih planova, profesor Qiu Jieshan rekao je DeepTechu: "Naš tim će blisko surađivati s vrhunskim-istraživačkim institucijama i znanstvenicima u zemlji i inozemstvu, koristeći napredne-tehnike karakterizacije na licu mjesta kako bi duboko otkrili intrinzičnu strukturu-odnos aktivnosti ovih funkcionalnih elektrokatalitičkih materijala i mehanizama transporta i evolucije vrsta urana, nadalje optimiziranje dizajna materijala i poboljšanje performansi ekstrakcije urana."
U intervjuu je također zamislio izglede široke primjene funkcionalnih materijala, posebno funkcionalnih ugljičnih materijala, u odvajanju plinova, pohranjivanju energije i katalizi, posebno u primjenama koje su hitno potrebne naciji, kao što su visoko{0}}učinkoviti materijali i uređaji za pohranu energije, desalinizacija morske vode i elektroliza vode za proizvodnju vodika u kombinaciji s inteligentnom proizvodnjom finih kemikalija. U tim će područjima funkcionalni karbonski materijali zbog svoje jedinstvene strukture i svojstava imati ključnu ulogu.