Наскоро съвместен изследователски екип, ръководен от професор Qiu Jieshan от Пекинския университет по химични технологии и професор Wang Gang от Технологичния университет в Dongguan, разработи електрокаталитичен материал с двоен път на преобразуване. Този материал може ефективно да извлича и възстановява изключително ценния метал уран от-съдържащи уран отпадъчни води, извличайки повече от три пъти собственото си тегло с едно извличане.
В рамките на 72 часа материалът може да премахне 98,4% от урана от уран-съдържащи отпадъчни води, намалявайки концентрацията на уран до 0,022 mg L⁻¹, отговаряйки на международните стандарти за питейна вода (0,03 mg L⁻¹). Модулните експерименти потвърдиха, че 15,75 mg уран могат да бъдат извлечени от подпочвените води в рамките на 17 часа.
Ядрената енергия е ключов енергиен източник, подпомагащ икономическото и социалното развитие. Уранът е ключов материал за производството на ядрена енергия. Лесно добиваемите уранови находища на Земята обаче стават все по-оскъдни, докато отпадъчните води, съдържащи следи от уран, са в изобилие, пилеят ресурси и замърсяват околната среда. Електрокаталитичният материал, разработен от този екип, е нов тип наноматериал, способен ефективно, бързо и чисто да извлича уран от вода.
(Източник: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Бифункционален електрокаталитичен материал, способен да „ходи на два крака“
Този пробив се крие в проектирането на двойна функция за този електрокаталитичен материал, давайки му способността да "ходи на два крака".
Този специален електрокаталитичен материал, който те създадоха, е гениално съчетан от два материала: неорганичния волфрамов оксид и органичния полипирол.
Волфрамовият оксид прераства във формата на морски таралеж, докато полипиролът, като слой проводящо желе, е равномерно покрит върху повърхността на морския таралеж.
Тази гениална композитна структура придава на този нов електрокаталитичен материал следните две основни способности:
Първата възможност е вътрешно електрическо поле "магнит".
След като волфрамовият оксид и полипиролът се комбинират, между тях се генерира малко вътрешно електрическо поле. Това електрическо поле действа като насочено електронно плъзгане, което позволява на електроните да преминават по-плавно от полипирол към волфрамов оксид.
В резултат на това повърхността на волфрамовия оксид става по-умела в улавянето и укротяването на положително заредените уранови йони, като бързо ги електроредуцира обратно до твърд уран. Просто казано, това прави електрокатализатора по-привлекателен за урана, като го задържа по-здраво и степента на редукция е по-бърза.
Втората възможност е само-производството на „утаител“.
Самият полипирол има уникална способност: той може напълно да оползотворява разтворения във водата кислород, като стабилно произвежда водороден пероксид-същият водороден пероксид, използван за дезинфекция-на базата на дву-реакция на редукция на кислорода с два-електрона.
Това е от решаващо значение, тъй като водородният пероксид, при среща с уранови йони във вода, незабавно претърпява реакция на "клик химия", генерирайки жълта твърда утайка, наречена уранов пероксид.
Тази реакция е добре{0}}утвърден промишлен метод за пречистване на уран. По този начин електродът не само привлича уранови йони, но и незабавно ги утаява като твърда жълта утайка върху себе си, като напълно ги отделя от водата.
Тези два пътя-електрическо поле-задвижвана от електрохимична редукция и водороден пероксид-задвижвана химическа преципитация-имат синергичен ефект, като оборудването на електрокатализатора с двоен двигател, значително ускорявайки скоростта и общото количество уран, извлечен от водата.
(Източник: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Силно извличане, бързо извличане, ясно разпознаване, дълготрайна-използване
Експериментите са доказали впечатляващата производителност на този електрокатализатор с двоен-двигател:
Първо, той извлича голямо количество. По време на експериментални тестове най-високият му капацитет за извличане достигна 3104 милиграма уран на грам материал, почти два пъти повече от настоящите водещи технологии.
Второ, извлича се бързо. В наситена с кислород вода може да премахне над 93% от урана в рамките на 6 часа, почти два пъти по-ефективно, отколкото в среда с един-двигател, -без кислород.
Второ, той показва отлична селективност; дори при наличието на обикновени метални йони като натрий, калций и магнезий във водата, електродният материал все още може прецизно и преференциално да улови урана.
И накрая, той може да се похвали с дълголетие. Нежното измиване с разредена киселина разтваря и възстановява малките жълти камъчета, полепнали по материала на електрокатализатора. Самият електроден материал е здрав и стабилен, позволявайки най-малко 20 повторни употреби без практически никакво влошаване на производителността.
Това означава, че този функционален нано{0}}електрокаталитичен материал има широки перспективи за приложение. При добива, обработката и обработката на уран, тази технология може ефективно да възстанови уран от отпадъчни води, намалявайки радиоактивните отпадъци и рециклирайки ценни ресурси.
Как икономично и ефикасно да се извлече уран от огромни количества морска вода е отдавна-предизвикателство. Ефективната, ниско{2}}енергийна технология, разработена от професор Qiu Jieshan и екипа на професор Wang Gang, предоставя нов подход за бъдещо развитие на морските уранови ресурси.
Освен това приложението му при третиране на замърсени-с уран подпочвени води може да осигури сигурност на водата и екологично здраве.
(Източник: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Относно бъдещите планове, професор Qiu Jieshan каза на DeepTech, „Нашият екип ще си сътрудничи тясно с изследователски институции и учени от най-високо- ниво както в страната, така и в чужбина, използвайки усъвършенствани техники за характеризиране на-на място, за да разкрие в дълбочина присъщата структура-връзката на активността на тези функционални електрокаталитични материали и транспортните и еволюционните механизми на видовете уран, освен това оптимизиране на материалния дизайн и подобряване на производителността при извличане на уран."
В интервюто той също така предвиди широките перспективи за приложение на функционални материали, особено функционални въглеродни материали, в разделяне на газ, съхранение на енергия и катализа, особено в приложения, спешно необходими на нацията, като високо-ефективни материали и устройства за съхранение на енергия, обезсоляване на морска вода и електролиза на вода за производство на водород, съчетано с интелигентното производство на фини химикали. В тези области функционалните въглеродни материали, поради тяхната уникална структура и свойства, ще играят решаваща роля.