Недавно совместная исследовательская группа под руководством профессора Цю Цзешаня из Пекинского химико-технологического университета и профессора Ван Ганга из технологического университета Дунгуань разработала электрокаталитический материал с двойным путем конверсии. Этот материал позволяет эффективно извлекать и извлекать чрезвычайно ценный металлический уран из урансодержащих сточных вод,-извлекая за одну экстракцию более чем в три раза превышающий его собственный вес.
В течение 72 часов материал может удалить 98,4% урана из уран-содержащих сточных вод, снижая концентрацию урана до 0,022 мг л⁻¹, что соответствует международным стандартам питьевой воды (0,03 мг л⁻¹). Модульные эксперименты подтвердили, что 15,75 мг урана можно извлечь из подземных вод за 17 часов.
Ядерная энергия является важнейшим источником энергии, поддерживающим экономическое и социальное развитие. Уран является ключевым материалом для производства атомной энергии. Однако легко добываемые урановые месторождения на Земле становятся все более дефицитными, а сточные воды, содержащие следовые количества урана, имеются в изобилии, что приводит к растрате ресурсов и загрязнению окружающей среды. Электрокаталитический материал, разработанный этой командой, представляет собой новый тип наноматериала, способный эффективно, быстро и чисто извлекать уран из воды.
(Источник: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Бифункциональный электрокаталитический материал, способный «ходить на двух ногах»
Этот прорыв заключается в разработке двойной функции этого электрокаталитического материала, придающей ему способность «ходить на двух ногах».
Этот специальный электрокаталитический материал, который они создали, хитроумным образом состоит из двух материалов: неорганического оксида вольфрама и органического полипиррола.
Оксид вольфрама вырастает в форму морского ежа, а полипиррол, как слой проводящего желе, равномерно покрывает поверхность морского ежа.
Эта оригинальная композитная структура наделяет этот новый электрокаталитический материал следующими двумя основными возможностями:
Первая возможность — это внутреннее электрическое поле «магнит».
После соединения оксида вольфрама и полипиррола между ними создается крошечное внутреннее электрическое поле. Это электрическое поле действует как направленный электронный слайд, позволяя электронам более плавно течь от полипиррола к оксиду вольфрама.
В результате поверхность оксида вольфрама становится более приспособленной к захвату и укрощению положительно заряженных ионов урана, быстро электровосстанавливая их обратно в твердый уран. Проще говоря, это делает электрокатализатор более привлекательным для урана, удерживая его прочнее, а скорость восстановления ускоряется.
Вторая возможность — самостоятельное-производство "осадителя".
Полипиррол сам по себе обладает уникальной способностью: он может полностью утилизировать растворенный в воде кислород, стабильно производя перекись водорода-ту же перекись водорода, которая используется для дезинфекции-на основе двух-реакции восстановления кислорода.
Это очень важно, поскольку перекись водорода при встрече с ионами урана в воде немедленно вступает в реакцию «химического щелчка», образуя желтый твердый осадок, называемый пероксидом урана.
Эта реакция – хорошо зарекомендовавший себя-промышленный метод очистки урана. Таким образом, электрод не только притягивает ионы урана, но и мгновенно осаждает их в виде твердого желтого осадка на себе, полностью отделяя их от воды.
Эти два пути:-электрохимическое восстановление-под действием электрического поля и перекисью водорода-химическое осаждение-имеют синергетический эффект, например, оснащение электрокатализатора двойным двигателем, что значительно ускоряет скорость и общее количество урана, извлекаемого из воды.
(Источник: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Высокое извлечение, быстрое извлечение, четкое распознавание, длительное-долговременное использование
Эксперименты доказали впечатляющие характеристики этого электрокатализатора с двойным-двигателем:
Во-первых, он извлекает большой объем. В ходе экспериментальных испытаний его максимальная экстракционная способность достигла 3104 миллиграммов урана на грамм материала, что почти вдвое больше, чем у нынешних ведущих технологий.
Во-вторых, он быстро извлекается. В насыщенной кислородом воде он может удалить более 93 % урана за 6 часов, что почти в два раза эффективнее, чем в среде с одним-двигателем,-бескислородной.
Во-вторых, он демонстрирует отличную селективность; даже при наличии в воде обычных ионов металлов, таких как натрий, кальций и магний, материал электрода все равно может точно и преимущественно улавливать уран.
Наконец, он может похвастаться долговечностью. Осторожная промывка разбавленной кислотой растворяет и восстанавливает мелкие желтые камни, прилипшие к материалу электрокатализатора. Сам материал электрода прочен и стабилен, что позволяет использовать его не менее 20 раз практически без ухудшения характеристик.
Это означает, что данный функциональный нано-электрокаталитический материал имеет широкие перспективы применения. При добыче, переработке и переработке урана эта технология позволяет эффективно извлекать уран из сточных вод, сокращая количество радиоактивных отходов и перерабатывая ценные ресурсы.
Как экономично и эффективно добывать уран из огромных объемов морской воды, было давней-проблемой. Эффективная, низкоэнергетическая-технология, разработанная профессором Цю Цзешанем и командой профессора Ван Ганга, обеспечивает новый подход к будущему освоению морских ресурсов урана.
Кроме того, его применение при очистке грунтовых вод,-загрязненных ураном, может обеспечить водную безопасность и экологическое здоровье.
(Источник: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Что касается планов на будущее, профессор Цю Цзешань рассказал DeepTech: «Наша команда будет тесно сотрудничать с ведущими исследовательскими институтами-уровня и учеными как внутри страны, так и за рубежом, используя передовые методы определения характеристик in-на месте, чтобы глубоко раскрыть внутреннюю структуру-активную взаимосвязь этих функциональных электрокаталитических материалов и механизмы транспорта и эволюции видов урана, что приведет к дальнейшей оптимизации конструкции материалов и повышению эффективности добычи урана».
В интервью он также представил широкие перспективы применения функциональных материалов, особенно функциональных углеродных материалов, в разделении газов, хранении энергии и катализе, особенно в приложениях, остро необходимых стране, таких как высокоэффективные материалы и устройства для хранения энергии, опреснение морской воды и электролиз воды для производства водорода в сочетании с интеллектуальным производством тонких химикатов. В этих областях функциональные углеродные материалы благодаря своей уникальной структуре и свойствам будут играть решающую роль.