Recentemente, un gruppo di ricerca collaborativo guidato dal professor Qiu Jieshan dell’Università di tecnologia chimica di Pechino e dal professor Wang Gang dell’Università di tecnologia di Dongguan ha sviluppato un materiale elettrocatalitico con un doppio percorso di conversione. Questo materiale può estrarre e recuperare in modo efficiente il prezioso uranio metallico dalle acque reflue contenenti uranio-, estraendo più di tre volte il suo peso in un'unica estrazione.
Entro 72 ore, il materiale può rimuovere il 98,4% dell'uranio dalle acque reflue contenenti uranio-, riducendo la concentrazione di uranio a 0,022 mg L⁻¹, rispettando gli standard internazionali sull'acqua potabile (0,03 mg L⁻¹). Esperimenti modulari hanno confermato che 15,75 mg di uranio potrebbero essere estratti dalle acque sotterranee entro 17 ore.
L’energia nucleare è una fonte energetica fondamentale per sostenere lo sviluppo economico e sociale. L’uranio è un materiale chiave per la produzione di energia nucleare. Tuttavia, i depositi di uranio facilmente estraibili sulla Terra stanno diventando sempre più scarsi, mentre le acque reflue contenenti tracce di uranio sono abbondanti, sprecando risorse e inquinando l’ambiente. Il materiale elettrocatalitico sviluppato da questo team è un nuovo tipo di nanomateriale in grado di estrarre l’uranio dall’acqua in modo efficiente, rapido e pulito.
(Fonte: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Un materiale elettrocatalitico bifunzionale capace di "camminare su due gambe"
Questa innovazione sta nel progettare una doppia funzione per questo materiale elettrocatalitico, dandogli la capacità di “camminare su due gambe”.
Questo speciale materiale elettrocatalitico da loro creato è ingegnosamente accoppiato da due materiali: l'ossido di tungsteno inorganico e il polipirrolo organico.
L'ossido di tungsteno assume la forma di un riccio di mare, mentre il polipirrolo, come uno strato di gelatina conduttiva, è uniformemente rivestito sulla superficie del riccio di mare.
Questa ingegnosa struttura composita conferisce a questo nuovo materiale elettrocatalitico le seguenti due principali capacità:
La prima capacità è un "magnete" del campo elettrico interno.
Dopo che l'ossido di tungsteno e il polipirrolo si sono combinati, tra loro viene generato un minuscolo campo elettrico interno. Questo campo elettrico agisce come uno scivolo direzionale di elettroni, consentendo agli elettroni di fluire più agevolmente dal polipirrolo all'ossido di tungsteno.
Di conseguenza, la superficie dell’ossido di tungsteno diventa più abile nel catturare e domare gli ioni di uranio caricati positivamente, elettroriducendoli rapidamente nuovamente in uranio solido. In poche parole, rende l’elettrocatalizzatore più attraente per l’uranio, trattenendolo più saldamente e accelerando la velocità di riduzione.
La seconda capacità è l'auto-produzione di un "precipitante".
Il polipirrolo stesso ha un'abilità unica: può utilizzare completamente l'ossigeno disciolto nell'acqua, producendo stabilmente perossido di idrogeno-lo stesso perossido di idrogeno utilizzato per la disinfezione-basato su una reazione di riduzione dell'ossigeno a due-elettroni.
Questo è fondamentale perché il perossido di idrogeno, incontrando gli ioni di uranio nell'acqua, subisce immediatamente una reazione di "chimica del clic", generando un precipitato solido giallo chiamato perossido di uranio.
Questa reazione è un metodo industriale-consolidato per la purificazione dell'uranio. In questo modo l'elettrodo non solo attira gli ioni di uranio ma li fa precipitare istantaneamente su se stesso sotto forma di un precipitato solido giallo, separandoli completamente dall'acqua.
Questi due percorsi,-campo elettrico-riduzione elettrochimica guidata e perossido di idrogeno-precipitazione chimica guidata-hanno un effetto sinergico, come dotare l'elettrocatalizzatore di un doppio motore, accelerando notevolmente la velocità e la quantità totale di uranio estratto dall'acqua.
(Fonte: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Estrazione elevata, estrazione rapida, riconoscimento chiaro, utilizzo a lunga-duratura
Gli esperimenti hanno dimostrato le prestazioni impressionanti di questo elettrocatalizzatore a doppio-motore:
Innanzitutto, ne estrae una grande quantità. Durante i test sperimentali, la sua massima capacità di estrazione ha raggiunto 3.104 milligrammi di uranio per grammo di materiale, quasi il doppio di quella delle attuali tecnologie leader.
In secondo luogo, si estrae rapidamente. Nell'acqua ossigenata, può rimuovere oltre il 93% dell'uranio entro 6 ore, con un'efficienza quasi doppia rispetto a quella di un ambiente a motore singolo,-privo di ossigeno.
In secondo luogo, presenta un'eccellente selettività; anche con la presenza di ioni metallici comuni come sodio, calcio e magnesio nell'acqua, il materiale dell'elettrodo può ancora catturare in modo preciso e preferenziale l'uranio.
Infine, vanta longevità. Un lavaggio delicato con acido diluito dissolve e recupera le piccole pietre gialle aderenti al materiale dell'elettrocatalizzatore. Il materiale dell'elettrodo stesso è robusto e stabile e consente almeno 20 riutilizzi praticamente senza alcun degrado delle prestazioni.
Ciò significa che questo materiale funzionale nano-elettrocatalizzatore ha ampie prospettive di applicazione. Nell’estrazione, nella lavorazione e nel trattamento degli sterili dell’uranio, questa tecnologia può recuperare in modo efficiente l’uranio dalle acque reflue, riducendo i rifiuti radioattivi e riciclando risorse preziose.
Come estrarre in modo economico ed efficiente l'uranio da enormi quantità di acqua di mare è stata una sfida di lunga data-. L'efficiente tecnologia a basso- consumo energetico sviluppata dal professor Qiu Jieshan e dal team del professor Wang Gang fornisce un nuovo approccio per lo sviluppo futuro delle risorse di uranio marino.
Inoltre, la sua applicazione nel trattamento delle acque sotterranee contaminate da uranio-può garantire la sicurezza idrica e la salute ecologica.
(Fonte: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Per quanto riguarda i piani futuri, il professor Qiu Jieshan ha dichiarato a DeepTech: "Il nostro team collaborerà a stretto contatto con istituti di ricerca e studiosi di alto livello sia a livello nazionale che internazionale, utilizzando tecniche avanzate di caratterizzazione in situ per rivelare in profondità la relazione intrinseca tra struttura e attività di questi materiali elettrocatalitici funzionali e i meccanismi di trasporto ed evoluzione delle specie di uranio, ottimizzando ulteriormente la progettazione dei materiali e migliorando le prestazioni di estrazione dell'uranio".
Nell'intervista, ha anche immaginato le ampie prospettive di applicazione dei materiali funzionali, in particolare dei materiali funzionali in carbonio, nella separazione del gas, nello stoccaggio dell'energia e nella catalisi, in particolare nelle applicazioni urgentemente necessarie alla nazione, come materiali e dispositivi per lo stoccaggio dell'energia ad alte- prestazioni, desalinizzazione dell'acqua di mare ed elettrolisi dell'acqua per la produzione di idrogeno abbinata alla produzione intelligente di prodotti chimici fini. In questi campi, i materiali funzionali al carbonio, grazie alla loro struttura e proprietà uniche, giocheranno un ruolo cruciale.