Äskettäin Pekingin kemiantekniikan yliopiston professori Qiu Jieshanin ja Dongguanin teknillisen yliopiston professori Wang Gangin johtama tutkimusryhmä kehitti sähkökatalyyttisen materiaalin, jossa on kaksi konversioreittiä. Tämä materiaali voi tehokkaasti erottaa ja ottaa talteen äärimmäisen arvokasta uraania uraania sisältävästä jätevedestä, jolloin se erottaa yli kolme kertaa omapainonsa yhdellä louhinnalla.
Materiaali voi 72 tunnissa poistaa 98,4 % uraanista uraani-pitoisesta jätevedestä, mikä vähentää uraanipitoisuuden 0,022 mg:aan L⁻¹, joka täyttää kansainväliset juomavesistandardit (0,03 mg L⁻¹). Modulaariset kokeet vahvistivat, että 15,75 mg uraania voidaan uuttaa pohjavedestä 17 tunnissa.
Ydinenergia on keskeinen energialähde taloudellisen ja sosiaalisen kehityksen tukemiseksi. Uraani on keskeinen materiaali ydinvoiman tuotannossa. Helposti louhittavat uraaniesiintymät maapallolla ovat kuitenkin yhä niukemmat, kun taas jäävettä, joka sisältää pieniä määriä uraania, on runsaasti, tuhlaa resursseja ja saastuttaa ympäristöä. Tämän ryhmän kehittämä elektrokatalyyttinen materiaali on uudenlainen nanomateriaali, joka pystyy uuttamaan uraania vedestä tehokkaasti, nopeasti ja puhtaasti.
(Lähde: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Kaksitoiminen elektrokatalyyttinen materiaali, joka pystyy kävelemään kahdella jalalla
Tämä läpimurto perustuu kaksinkertaisen toiminnan suunnitteluun tälle sähkökatalyyttiselle materiaalille, mikä antaa sille mahdollisuuden "kävellä kahdella jalalla".
Tämä heidän luomansa erityinen elektrokatalyyttinen materiaali on yhdistetty nerokkaasti kahdesta materiaalista: epäorgaanisesta volframioksidista ja orgaanisesta polypyrrolista.
Volframioksidi kasvaa merisiilin muotoiseksi, kun taas polypyrroli, kuten kerros johtavaa hyytelöä, on tasaisesti päällystetty merisiilin pinnalle.
Tämä nerokas komposiittirakenne antaa tälle uudelle elektrokatalyyttiselle materiaalille seuraavat kaksi ominaisuutta:
Ensimmäinen ominaisuus on sisäinen sähkökenttä "magneetti".
Kun volframioksidi ja polypyrroli on yhdistetty, niiden väliin syntyy pieni sisäinen sähkökenttä. Tämä sähkökenttä toimii kuin suuntautuva elektroniliuku, jolloin elektronit voivat virrata tasaisemmin polypyrrolista volframioksidiin.
Tämän seurauksena volframioksidin pinnasta tulee taitavampi vangitsemaan ja kesyttämään positiivisesti varautuneita uraani-ioneja, jolloin ne sähköpelkistyvät nopeasti takaisin kiinteäksi uraaniksi. Yksinkertaisesti sanottuna se tekee sähkökatalyytistä houkuttelevamman uraanille, pitää sen tiukemmin ja pelkistysnopeuden nopeampaa.
Toinen ominaisuus on "saostusaineen"{0}}itsetuotanto.
Polypyrrolilla itsessään on ainutlaatuinen kyky: se voi hyödyntää täysin veteen liuennutta happea ja tuottaa vakaasti vetyperoksidia-samaa vetyperoksidia, jota käytetään desinfiointiin-kahden-elektronisen hapen pelkistysreaktion perusteella.
Tämä on ratkaisevan tärkeää, koska vetyperoksidi, kun se kohtaa uraani-ioneja vedessä, käy välittömästi läpi "klikkauskemiallisen" reaktion, jolloin syntyy keltainen kiinteä sakka, jota kutsutaan uraaniperoksidiksi.
Tämä reaktio on vakiintunut{0}}teollinen menetelmä uraanin puhdistamiseen. Tällä tavalla elektrodi paitsi vetää puoleensa uraani-ioneja, myös saostaa ne välittömästi kiinteänä keltaisena sakkana itseensä erottaen ne kokonaan vedestä.
Näillä kahdella reitillä-sähkökenttä-ohjattu sähkökemiallinen pelkistys ja vetyperoksidi-ohjattu kemiallinen saostus-on synergistinen vaikutus, kuten sähkökatalyytin varustaminen kaksoismoottorilla, mikä kiihdyttää huomattavasti vedestä uutetun uraanin nopeutta ja kokonaismäärää.
(Lähde: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Korkea uutto, nopea uutto, selkeä tunnistus, pitkä{1}}kestävä käyttö
Kokeet ovat osoittaneet tämän{0}}kaksimoottorisen sähkökatalyytin vaikuttavan suorituskyvyn:
Ensinnäkin se poimii suuren määrän. Kokeellisessa testauksessa sen suurin uuttokapasiteetti saavutti 3 104 milligrammaa uraania grammaa kohden materiaalia, mikä on lähes kaksi kertaa nykyisten johtavien teknologioiden verrattuna.
Toiseksi se irtoaa nopeasti. Hapetetussa vedessä se voi poistaa yli 93 % uraanista kuudessa tunnissa, mikä on lähes kaksi kertaa tehokkaampi kuin yhden-moottorin hapettomassa-ympäristössä.
Toiseksi sillä on erinomainen selektiivisyys; vaikka vedessä olisi tavallisia metalli-ioneja, kuten natriumia, kalsiumia ja magnesiumia, elektrodimateriaali voi silti siepata uraania tarkasti ja ensisijaisesti.
Lopulta sillä on pitkäikäisyys. Hellävarainen pesu laimealla hapolla liuottaa ja ottaa talteen sähkökatalyyttimateriaaliin tarttuneet pienet keltaiset kivet. Itse elektrodimateriaali on vankka ja vakaa, mikä mahdollistaa vähintään 20 uudelleenkäytön ilman, että suorituskyky heikkenee käytännössä.
Tämä tarkoittaa, että tällä toiminnallisella nano-elektrokatalyyttimateriaalilla on laajat käyttömahdollisuudet. Uraanin louhinnassa, jalostuksessa ja rikastushiekan käsittelyssä tällä tekniikalla voidaan tehokkaasti ottaa uraania talteen jätevedestä, vähentää radioaktiivista jätettä ja kierrättää arvokkaita resursseja.
Uraanin taloudellinen ja tehokas erottaminen valtavista meriveden määristä on ollut pitkään{0}}haaste. Professori Qiu Jieshanin ja professori Wang Gangin tiimin kehittämä tehokas,{2}}vähäenergiatekniikka tarjoaa uuden lähestymistavan meren uraanivarojen tulevaan kehittämiseen.
Lisäksi sen käyttö uraanin{0}}saastuneen pohjaveden käsittelyssä voi varmistaa vesiturvallisuuden ja ekologisen terveyden.
(Lähde: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Tulevaisuuden suunnitelmista professori Qiu Jieshan kertoi DeepTechille: "Tiimimme tekee tiivistä yhteistyötä huipputason-tutkimuslaitosten ja tutkijoiden kanssa sekä kotimaassa että kansainvälisesti hyödyntäen edistyneitä in-situ luonnehdinnan tekniikoita paljastaakseen syvästi näiden funktionaalisten uraanin materiaalien rakenteellisen rakenteen, sekä toiminnallisen uraanin kuljetusmekanismin ja toiminnan suhteen. materiaalisuunnittelu ja uraanin erotuskyvyn parantaminen."
Haastattelussa hän visioi myös funktionaalisten materiaalien, erityisesti funktionaalisten hiilimateriaalien, laajat sovellusmahdollisuudet kaasun erottamisessa, energian varastoinnissa ja katalyysissä, erityisesti kansakunnan kipeästi tarvitsemissa sovelluksissa, kuten tehokkaissa{0}}energian varastointimateriaaleissa ja -laitteissa, meriveden suolanpoistossa ja veden elektrolyysissä vedyn tuotannossa yhdistettynä älykkään hienokemikaalien valmistukseen. Näillä aloilla toiminnalliset hiilimateriaalit ovat ainutlaatuisen rakenteensa ja ominaisuuksiensa vuoksi keskeisessä asemassa.