Πρόσφατα, μια συνεργατική ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Qiu Jieshan στο Πανεπιστήμιο Χημικής Τεχνολογίας του Πεκίνου και τον καθηγητή Wang Gang στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Dongguan ανέπτυξε ένα ηλεκτροκαταλυτικό υλικό με διπλή οδό μετατροπής. Αυτό το υλικό μπορεί αποτελεσματικά να εξάγει και να ανακτήσει το εξαιρετικά πολύτιμο μεταλλικό ουράνιο από ουράνιο-που περιέχει λύματα, εξάγοντας περισσότερο από τρεις φορές το βάρος του σε μία μόνο εξόρυξη.
Μέσα σε 72 ώρες, το υλικό μπορεί να αφαιρέσει το 98,4% του ουρανίου από λύματα που περιέχουν ουράνιο-, μειώνοντας τη συγκέντρωση ουρανίου στα 0,022 mg L-1, πληρώντας τα διεθνή πρότυπα πόσιμου νερού (0,03 mg L-1). Αρθρωτά πειράματα επιβεβαίωσαν ότι 15,75 mg ουρανίου μπορούσαν να εξαχθούν από τα υπόγεια ύδατα μέσα σε 17 ώρες.
Η πυρηνική ενέργεια είναι μια κρίσιμη πηγή ενέργειας που υποστηρίζει την οικονομική και κοινωνική ανάπτυξη. Το ουράνιο είναι βασικό υλικό για την παραγωγή πυρηνικής ενέργειας. Ωστόσο, τα εύκολα εξορυσσόμενα κοιτάσματα ουρανίου στη Γη γίνονται ολοένα και πιο σπάνια, ενώ τα λύματα που περιέχουν ίχνη ουρανίου είναι άφθονα, σπαταλώντας πόρους και ρυπαίνουν το περιβάλλον. Το ηλεκτροκαταλυτικό υλικό που αναπτύχθηκε από αυτήν την ομάδα είναι ένας νέος τύπος νανοϋλικού ικανού να εξάγει αποτελεσματικά, γρήγορα και καθαρά ουράνιο από το νερό.
(Πηγή: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Ένα διλειτουργικό ηλεκτροκαταλυτικό υλικό ικανό να "βαδίζει σε δύο πόδια"
Αυτή η σημαντική ανακάλυψη έγκειται στο σχεδιασμό μιας διπλής λειτουργίας για αυτό το ηλεκτροκαταλυτικό υλικό, δίνοντάς του τη δυνατότητα «να περπατά στα δύο πόδια».
Αυτό το ειδικό ηλεκτροκαταλυτικό υλικό που δημιούργησαν συνδυάζεται έξυπνα από δύο υλικά: το ανόργανο οξείδιο του βολφραμίου και την οργανική πολυπυρρόλη.
Το οξείδιο του βολφραμίου αναπτύσσεται σε σχήμα αχινού, ενώ η πολυπυρρόλη, όπως ένα στρώμα αγώγιμου ζελέ, επικαλύπτεται ομοιόμορφα στην επιφάνεια του αχινού.
Αυτή η έξυπνη σύνθετη δομή προικίζει σε αυτό το νέο ηλεκτροκαταλυτικό υλικό τις ακόλουθες δύο μεγάλες δυνατότητες:
Η πρώτη ικανότητα είναι ένας «μαγνήτης» εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου.
Αφού συνδυαστούν το οξείδιο του βολφραμίου και η πολυπυρρόλη, δημιουργείται ένα μικροσκοπικό εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ τους. Αυτό το ηλεκτρικό πεδίο λειτουργεί σαν μια κατευθυντική ολίσθηση ηλεκτρονίων, επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια να ρέουν πιο ομαλά από το πολυπυρρόλιο στο οξείδιο του βολφραμίου.
Ως αποτέλεσμα, η επιφάνεια του οξειδίου του βολφραμίου γίνεται πιο ικανή να συλλαμβάνει και να τιθασεύει θετικά φορτισμένα ιόντα ουρανίου, ηλεκτροανάγοντάς τα γρήγορα σε στερεό ουράνιο. Με απλά λόγια, κάνει τον ηλεκτροκαταλύτη πιο ελκυστικό για το ουράνιο, κρατώντας τον πιο σταθερά και τον ρυθμό μείωσης ταχύτερο.
Η δεύτερη δυνατότητα είναι η αυτο-παραγωγή ενός "καθιζητή".
Η ίδια η πολυπυρρόλη έχει μια μοναδική ικανότητα: μπορεί να χρησιμοποιήσει πλήρως το διαλυμένο οξυγόνο στο νερό, παράγοντας σταθερά υπεροξείδιο του υδρογόνου-το ίδιο υπεροξείδιο του υδρογόνου που χρησιμοποιείται για την απολύμανση-με βάση μια αντίδραση αναγωγής οξυγόνου δύο-ηλεκτρονίων.
Αυτό είναι ζωτικής σημασίας επειδή το υπεροξείδιο του υδρογόνου, όταν συναντά ιόντα ουρανίου στο νερό, υφίσταται αμέσως μια αντίδραση «χημείας κλικ», δημιουργώντας ένα κίτρινο στερεό ίζημα που ονομάζεται υπεροξείδιο ουρανίου.
Αυτή η αντίδραση είναι μια καλά καθιερωμένη-βιομηχανική μέθοδος για τον καθαρισμό του ουρανίου. Με αυτόν τον τρόπο, το ηλεκτρόδιο όχι μόνο έλκει ιόντα ουρανίου αλλά και τα κατακρημνίζει αμέσως ως στερεό κίτρινο ίζημα πάνω του, διαχωρίζοντάς τα εντελώς από το νερό.
Αυτά τα δύο μονοπάτια-ηλεκτροχημική αναγωγή-προκαλούμενη από το ηλεκτρικό πεδίο-και η χημική καθίζηση με το υπεροξείδιο του υδρογόνου-έχουν μια συνεργική επίδραση, όπως ο εξοπλισμός του ηλεκτροκαταλύτη με έναν διπλό κινητήρα, επιταχύνοντας σημαντικά την ταχύτητα και τη συνολική ποσότητα ουρανίου που εξάγεται από το νερό.
(Πηγή: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Υψηλή εξαγωγή, γρήγορη εξαγωγή, καθαρή αναγνώριση, μακροχρόνια χρήση-
Τα πειράματα έχουν αποδείξει την εντυπωσιακή απόδοση αυτού του ηλεκτροκαταλύτη διπλού-κινητήρα:
Πρώτον, εξάγει μεγάλη ποσότητα. Κατά τη διάρκεια πειραματικών δοκιμών, η υψηλότερη ικανότητα εξόρυξής του έφτασε τα 3.104 χιλιοστόγραμμα ουρανίου ανά γραμμάριο υλικού, σχεδόν διπλάσια από εκείνη των σημερινών κορυφαίων τεχνολογιών.
Δεύτερον, αποσπάται γρήγορα. Σε οξυγονωμένο νερό, μπορεί να αφαιρέσει πάνω από το 93% του ουρανίου μέσα σε 6 ώρες, σχεδόν δύο φορές πιο αποτελεσματικό από ό,τι σε ένα περιβάλλον χωρίς οξυγόνο-με ένα μόνο-κινητήρα.
Δεύτερον, παρουσιάζει εξαιρετική επιλεκτικότητα. Ακόμη και με την παρουσία κοινών μεταλλικών ιόντων όπως το νάτριο, το ασβέστιο και το μαγνήσιο στο νερό, το υλικό του ηλεκτροδίου μπορεί ακόμα να δεσμεύσει με ακρίβεια και κατά προτίμηση το ουράνιο.
Τέλος, μπορεί να υπερηφανεύεται για τη μακροζωία. Ένα απαλό πλύσιμο με αραιό οξύ διαλύει και ανακτά τις μικρές κίτρινες πέτρες που προσκολλώνται στο υλικό του ηλεκτροκαταλύτη. Το ίδιο το υλικό του ηλεκτροδίου είναι στιβαρό και σταθερό, επιτρέποντας τουλάχιστον 20 επαναχρήσεις χωρίς ουσιαστικά υποβάθμιση της απόδοσης.
Αυτό σημαίνει ότι αυτό το λειτουργικό υλικό νανο-ηλεκτροκαταλύτη έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής. Στην εξόρυξη, την επεξεργασία και την επεξεργασία απορριμμάτων ουρανίου, αυτή η τεχνολογία μπορεί να ανακτήσει αποτελεσματικά το ουράνιο από τα λύματα, μειώνοντας τα ραδιενεργά απόβλητα και ανακυκλώνοντας πολύτιμους πόρους.
Ο τρόπος οικονομικής και αποτελεσματικής εξαγωγής ουρανίου από τεράστιες ποσότητες θαλασσινού νερού ήταν μια μακροχρόνια-πρόκληση. Η αποδοτική τεχνολογία χαμηλής{2}}ενέργειας που αναπτύχθηκε από τον καθηγητή Qiu Jieshan και την ομάδα του καθηγητή Wang Gang παρέχει μια νέα προσέγγιση για τη μελλοντική ανάπτυξη των θαλάσσιων πόρων ουρανίου.
Επιπλέον, η εφαρμογή του στην επεξεργασία των μολυσμένων υπόγειων υδάτων με ουράνιο-μπορεί να διασφαλίσει την ασφάλεια των υδάτων και την οικολογική υγεία.
(Πηγή: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Όσον αφορά τα μελλοντικά σχέδια, ο καθηγητής Qiu Jieshan είπε στην DeepTech, "Η ομάδα μας θα συνεργαστεί στενά με ερευνητικά ιδρύματα και επιστήμονες κορυφαίας βαθμίδας τόσο εγχώρια όσο και διεθνώς, χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές χαρακτηρισμού in situ για να αποκαλύψει βαθιά την εγγενή δομή-σχέση της δραστηριότητας αυτών των λειτουργικών ειδών και των υλικών βελτιστοποίησης των ηλεκτροκαταλυτικών ειδών. σχεδιασμός υλικού και βελτίωση της απόδοσης εξόρυξης ουρανίου».
Στη συνέντευξη, οραματίστηκε επίσης τις ευρείες προοπτικές εφαρμογής λειτουργικών υλικών, ειδικά λειτουργικών υλικών άνθρακα, στον διαχωρισμό αερίων, την αποθήκευση ενέργειας και την κατάλυση, ιδιαίτερα σε εφαρμογές που χρειάζονται επειγόντως το έθνος, όπως υλικά και συσκευές αποθήκευσης ενέργειας υψηλής απόδοσης, αφαλάτωση θαλασσινού νερού και ηλεκτρόλυση νερού για παραγωγή υδρογόνου χημικής ουσίας. Σε αυτούς τους τομείς, τα λειτουργικά υλικά άνθρακα, λόγω της μοναδικής δομής και των ιδιοτήτων τους, θα διαδραματίσουν καθοριστικό ρόλο.
