Nýlega þróaði samstarfsrannsóknarteymi undir forystu prófessors Qiu Jieshan við efnatækniháskólann í Peking og prófessor Wang Gang við tækniháskólann í Dongguan rafhvataefni með tvöföldum umbreytingarferli. Þetta efni getur á skilvirkan hátt unnið og endurheimt hið afar verðmæta málmúran úr úraníum-sem inniheldur afrennsli, og dregur meira en þrisvar sinnum eigin þyngd út í einum útdrætti.
Innan 72 klukkustunda getur efnið fjarlægt 98,4% af úraninu úr úran- sem inniheldur afrennsli, minnkað styrk úrans í 0,022 mg L⁻¹, uppfyllir alþjóðlega drykkjarvatnsstaðla (0,03 mg L⁻¹). Einingatilraunir staðfestu að hægt væri að vinna 15,75 mg af úrani úr grunnvatni innan 17 klukkustunda.
Kjarnorka er mikilvægur orkugjafi sem styður efnahagslega og félagslega þróun. Úran er lykilefni til kjarnorkuframleiðslu. Hins vegar verður úranútfellingum sem auðvelt er að ná á jörðinni sífellt af skornum skammti, á meðan skólp sem inniheldur snefilmagn af úrani er mikið, sóar auðlindum og mengar umhverfið. Rafhvataefnið sem þetta teymi þróaði er ný tegund nanóefnis sem er fær um að vinna úran úr vatni á skilvirkan, hratt og hreinan hátt.
(Heimild: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Tvívirkt rafhvataefni sem getur „gengið á tveimur fótum“
Þessi bylting felst í því að hanna tvöfalda virkni fyrir þetta rafhvataefni, sem gefur því getu til að „ganga á tveimur fótum“.
Þetta sérstaka rafhvataefni sem þeir bjuggu til er hugvitssamlega tengt úr tveimur efnum: ólífræna wolframoxíðinu og lífræna pólýpýrrólinu.
Wolframoxíðið vex í ígulkera lögun, en pólýpýrrólið, eins og lag af leiðandi hlaupi, er jafnt húðað á yfirborði ígulkersins.
Þessi snjalla samsetta uppbygging gefur þessu nýja rafhvataefni eftirfarandi tvo helstu eiginleika:
Fyrsta hæfileikinn er innra rafsvið "segull".
Eftir að wolframoxíð og pólýpýrról eru sameinuð myndast örlítið innra rafsvið á milli þeirra. Þetta rafsvið virkar eins og stefnubundin rafeindarenna, sem gerir rafeindum kleift að flæða sléttari frá pólýpýrróli yfir í wolframoxíð.
Fyrir vikið verður yfirborð wolframoxíðs hæfara í að fanga og temja jákvætt hlaðnar úraníumjónir og rafminnkar þær hratt aftur í fast úran. Einfaldlega sagt gerir það rafhvata meira aðlaðandi fyrir úran, heldur því þéttara og lækkunarhraða hraðar.
Önnur möguleikinn er sjálf-framleiðsla á „útfellingarefni“.
Pólýpýrról sjálft hefur einstaka hæfileika: það getur fullnýtt uppleyst súrefni í vatni, framleiðir stöðugt vetnisperoxíð-sama vetnisperoxíð og notað til sótthreinsunar-byggt á tveggja-rafeinda súrefnisskerðingarhvarfi.
Þetta er mikilvægt vegna þess að vetnisperoxíð, þegar það lendir í úranjónum í vatni, gangast strax undir „smella efnafræði“ viðbrögð, sem myndar gult fast botnfall sem kallast úraníumperoxíð.
Þetta hvarf er vel-viðtekin iðnaðaraðferð til að hreinsa úran. Þannig dregur rafskautið ekki aðeins að sér úranjónir heldur fellur þær samstundis út sem fast gult botnfall á sjálft sig og skilur þær algjörlega frá vatninu.
Þessar tvær brautir-rafsviðs-knúin rafefnafræðileg minnkun og vetnisperoxíð-knúin efnaúrfelling-hafa samverkandi áhrif, eins og að útbúa rafhvata með tvöföldum hreyfli, hraða hraða og heildarmagni úrans úr vatni til muna.
(Heimild: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Hár útdráttur, hraður útdráttur, skýr auðkenning, langvarandi-notkun
Tilraunir hafa sannað glæsilega frammistöðu þessa tveggja-hreyfla rafhvata:
Í fyrsta lagi dregur það út mikið magn. Við tilraunaprófanir náði hæsta útdráttargeta þess 3.104 milligrömm af úrani á hvert gramm af efni, næstum tvöfalt hærra en núverandi leiðandi tækni.
Í öðru lagi dregur það út fljótt. Í súrefnisríku vatni getur það fjarlægt yfir 93% af úraninu innan 6 klukkustunda, næstum tvisvar sinnum skilvirkara en í einni-vél, súrefnislausu-umhverfi.
Í öðru lagi sýnir það framúrskarandi sértækni; Jafnvel þó að algengar málmjónir eins og natríum, kalsíum og magnesíum séu til staðar í vatninu, getur rafskautsefnið samt náð nákvæmlega og helst úran.
Að lokum státar það af langlífi. Mjúkur þvottur með þynntri sýru leysist upp og endurheimtir litlu gulu steinana sem festast við rafhvataefnið. Rafskautsefnið sjálft er öflugt og stöðugt, sem gerir ráð fyrir að minnsta kosti 20 endurnotkun með nánast ekkert skerðingu á frammistöðu.
Þetta þýðir að þetta virka nanó-rafhvataefni hefur víðtæka notkunarmöguleika. Í úrannámu, vinnslu og meðhöndlun úrans getur þessi tækni á skilvirkan hátt endurheimt úran úr frárennsli, dregið úr geislavirkum úrgangi og endurunnið verðmætar auðlindir.
Hvernig á að vinna úran úr miklu magni af sjó á hagkvæman og skilvirkan hátt hefur verið -langvarandi áskorun. Skilvirka-orkulítil tækni sem þróuð var af prófessor Qiu Jieshan og teymi prófessors Wang Gang býður upp á nýja nálgun fyrir framtíðarþróun úrans úr sjávarfangi.
Ennfremur getur notkun þess við meðhöndlun úran-mengaðs grunnvatns tryggt vatnsöryggi og vistfræðilega heilsu.
(Heimild: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Varðandi framtíðaráætlanir sagði prófessor Qiu Jieshan við DeepTech: „Teymið okkar mun vinna náið með-rannsóknarstofnunum og fræðimönnum í fremstu röð, bæði innanlands og á alþjóðavettvangi, með því að nota háþróaða-eiginleikatækni á staðnum til að sýna djúpt innri uppbyggingu-virknitengsla þessara hagnýtra rafhvataefna, rafhvataefna, rafhvataefna og frekari rafhvataefna. efnishönnun og bæta árangur úranútdráttar."
Í viðtalinu sá hann einnig fyrir sér víðtækar notkunarmöguleikar hagnýtra efna, sérstaklega starfrænna kolefnisefna, við gasskilnað, orkugeymslu og hvata, sérstaklega í notkun sem brýn þörf er á fyrir þjóðina, eins og-afkastamikil orkugeymsluefni og tæki, afsöltun sjós og vatnsrafgreiningu fyrir vetnisframleiðslu ásamt skynsamlegri efnaframleiðslu. Á þessum sviðum munu virk kolefnisefni, vegna einstakrar uppbyggingar og eiginleika, gegna mikilvægu hlutverki.