Baru-baru ini, pasukan penyelidikan kolaboratif yang diketuai oleh Profesor Qiu Jieshan di Universiti Teknologi Kimia Beijing dan Profesor Wang Gang di Universiti Teknologi Dongguan telah membangunkan bahan elektrokatalitik dengan laluan penukaran dwi. Bahan ini boleh mengekstrak dan memulihkan uranium logam yang sangat berharga daripada uranium-yang mengandungi air buangan dengan cekap, mengekstrak lebih daripada tiga kali ganda beratnya sendiri dalam satu pengekstrakan.
Dalam masa 72 jam, bahan tersebut boleh mengeluarkan 98.4% uranium daripada uranium-yang mengandungi air buangan, mengurangkan kepekatan uranium kepada 0.022 mg L⁻¹, memenuhi piawaian air minuman antarabangsa (0.03 mg L⁻¹). Eksperimen modular mengesahkan bahawa 15.75 mg uranium boleh diekstrak daripada air bawah tanah dalam masa 17 jam.
Tenaga nuklear ialah sumber tenaga penting yang menyokong pembangunan ekonomi dan sosial. Uranium adalah bahan utama untuk penjanaan tenaga nuklear. Walau bagaimanapun, deposit uranium yang mudah dilombong di Bumi menjadi semakin berkurangan, manakala air sisa yang mengandungi jumlah surih uranium adalah banyak, membazir sumber dan mencemarkan alam sekitar. Bahan elektrokatalitik yang dibangunkan oleh pasukan ini ialah sejenis bahan nano baharu yang mampu mengekstrak uranium daripada air dengan cekap, pantas dan bersih.
(Sumber: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Bahan Elektrokatalitik Dwifungsi Mampu "Berjalan dengan Dua Kaki"
Kejayaan ini terletak pada mereka bentuk dwi fungsi untuk bahan elektrokatalitik ini, memberikannya keupayaan untuk "berjalan dengan dua kaki."
Bahan elektrokatalitik khas yang mereka cipta ini digabungkan dengan bijak daripada dua bahan: oksida tungsten bukan organik dan polipirol organik.
Tungsten oksida tumbuh menjadi bentuk landak laut, manakala polypyrrole, seperti lapisan jeli konduktif, disalut sama rata pada permukaan landak laut.
Struktur komposit yang bijak ini memberikan bahan elektrokatalitik novel ini dengan dua keupayaan utama berikut:
Keupayaan pertama ialah "magnet" medan elektrik dalaman.
Selepas tungsten oksida dan polypyrrole digabungkan, medan elektrik dalaman yang kecil dijana di antara mereka. Medan elektrik ini bertindak seperti slaid elektron berarah, membolehkan elektron mengalir dengan lebih lancar daripada polipirol ke tungsten oksida.
Akibatnya, permukaan tungsten oksida menjadi lebih mahir untuk menangkap dan menjinakkan ion uranium yang bercas positif, dengan pantas mereduksinya kembali kepada uranium pepejal. Ringkasnya, ia menjadikan pemangkin elektro lebih menarik kepada uranium, memegangnya lebih kukuh, dan kadar pengurangan lebih cepat.
Keupayaan kedua ialah pengeluaran sendiri- "pemendakan."
Polipirol itu sendiri mempunyai keupayaan unik: ia boleh menggunakan sepenuhnya oksigen terlarut dalam air, menghasilkan hidrogen peroksida-hidrogen peroksida yang sama secara stabil-berdasarkan dua-tindak balas pengurangan oksigen elektron.
Ini penting kerana hidrogen peroksida, apabila menemui ion uranium dalam air, serta-merta mengalami tindak balas "kimia klik", menghasilkan mendakan pepejal kuning yang dipanggil uranium peroksida.
Tindak balas ini ialah kaedah industri-yang mantap untuk penulenan uranium. Dengan cara ini, elektrod bukan sahaja menarik ion uranium tetapi juga memendakan serta-merta sebagai mendakan kuning pepejal pada dirinya sendiri, memisahkannya sepenuhnya daripada air.
Kedua-dua laluan ini-medan elektrik-mendorong pengurangan elektrokimia dan hidrogen peroksida-mengalirkan pemendakan kimia-mempunyai kesan sinergi, seperti melengkapkan elektromangkin dengan enjin dwi, mempercepatkan kelajuan dan jumlah uranium yang diekstrak daripada air.
(Sumber: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Pengekstrakan Tinggi, Pengekstrakan Pantas, Pengecaman Jelas,{1}}Penggunaan Berkekalan
Percubaan telah membuktikan prestasi mengagumkan bagi-elektromangkin enjin dwi ini:
Pertama, ia mengekstrak sejumlah besar. Semasa ujian percubaan, kapasiti pengekstrakan tertingginya mencapai 3,104 miligram uranium setiap gram bahan, hampir dua kali ganda berbanding teknologi terkemuka semasa.
Kedua, ia mengekstrak dengan cepat. Dalam air beroksigen, ia boleh mengeluarkan lebih 93% uranium dalam masa 6 jam, hampir dua kali lebih cekap berbanding dalam satu-enjin, persekitaran bebas oksigen-.
Kedua, ia mempamerkan selektiviti yang sangat baik; walaupun dengan kehadiran ion logam biasa seperti natrium, kalsium, dan magnesium di dalam air, bahan elektrod masih boleh menangkap uranium dengan tepat dan lebih disukai.
Akhirnya, ia mempunyai umur panjang. Cucian lembut dengan asid cair melarut dan memulihkan batu kuning kecil yang melekat pada bahan elektromangkin. Bahan elektrod itu sendiri adalah teguh dan stabil, membenarkan sekurang-kurangnya 20 penggunaan semula dengan hampir tiada kemerosotan prestasi.
Ini bermakna bahan elektrokatalis nano-yang berfungsi ini mempunyai prospek aplikasi yang luas. Dalam perlombongan uranium, pemprosesan dan rawatan tailing, teknologi ini boleh memulihkan uranium daripada air sisa dengan cekap, mengurangkan sisa radioaktif dan mengitar semula sumber yang berharga.
Cara mengekstrak uranium daripada jumlah besar air laut secara ekonomi dan cekap telah menjadi-cabaran yang lama. Teknologi tenaga-yang cekap dan rendah yang dibangunkan oleh Profesor Qiu Jieshan dan pasukan Profesor Wang Gang menyediakan pendekatan baharu untuk pembangunan sumber uranium marin pada masa hadapan.
Tambahan pula, aplikasinya dalam merawat uranium-air bawah tanah yang tercemar boleh memastikan keselamatan air dan kesihatan ekologi.
(Sumber: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Mengenai rancangan masa depan, Profesor Qiu Jieshan memberitahu DeepTech, "Pasukan kami akan bekerjasama rapat dengan-institusi penyelidikan dan sarjana peringkat atasan di dalam dan luar negara, menggunakan teknik pencirian-situ termaju untuk mendedahkan secara mendalam struktur intrinsik-hubungan aktiviti bahan elektrokatalitik berfungsi ini dan mekanisme reka bentuk bahan improvisasi dan evolusi selanjutnya. prestasi pengekstrakan uranium."
Dalam temu bual itu, beliau juga membayangkan prospek aplikasi luas bahan berfungsi, terutamanya bahan karbon berfungsi, dalam pengasingan gas, penyimpanan tenaga dan pemangkinan, terutamanya dalam aplikasi yang diperlukan segera oleh negara, seperti-bahan dan peranti penyimpanan tenaga berprestasi tinggi, penyahgaraman air laut dan elektrolisis air untuk pengeluaran hidrogen ditambah dengan pembuatan pintar bahan kimia halus. Dalam bidang ini, bahan karbon berfungsi, kerana struktur dan sifatnya yang unik, akan memainkan peranan penting.