Recientemente, un equipo de investigación colaborativo dirigido por el profesor Qiu Jieshan de la Universidad de Tecnología Química de Beijing y el profesor Wang Gang de la Universidad Tecnológica de Dongguan desarrolló un material electrocatalítico con una vía de conversión dual. Este material puede extraer y recuperar eficientemente el extremadamente valioso metal uranio de aguas residuales que contienen uranio-, extrayendo más de tres veces su propio peso en una sola extracción.
En 72 horas, el material puede eliminar el 98,4% del uranio de las aguas residuales que contienen uranio-, reduciendo la concentración de uranio a 0,022 mg L⁻¹, cumpliendo con los estándares internacionales para agua potable (0,03 mg L⁻¹). Los experimentos modulares confirmaron que se podían extraer 15,75 mg de uranio del agua subterránea en 17 horas.
La energía nuclear es una fuente de energía crucial que apoya el desarrollo económico y social. El uranio es un material clave para la generación de energía nuclear. Sin embargo, los depósitos de uranio fáciles de extraer en la Tierra son cada vez más escasos, mientras que las aguas residuales que contienen trazas de uranio son abundantes, lo que desperdicia recursos y contamina el medio ambiente. El material electrocatalítico desarrollado por este equipo es un novedoso tipo de nanomaterial capaz de extraer uranio del agua de forma eficiente, rápida y limpia.
(Fuente: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Un material electrocatalítico bifuncional capaz de "caminar sobre dos piernas"
Este avance radica en diseñar una doble función para este material electrocatalítico, dándole la capacidad de "caminar sobre dos piernas".
Este material electrocatalítico especial que crearon está ingeniosamente acoplado a partir de dos materiales: el óxido de tungsteno inorgánico y el polipirrol orgánico.
El óxido de tungsteno crece hasta adoptar la forma de un erizo de mar, mientras que el polipirrol, como una capa de gelatina conductora, se recubre uniformemente sobre la superficie del erizo de mar.
Esta ingeniosa estructura compuesta dota a este novedoso material electrocatalítico de las dos principales capacidades siguientes:
La primera capacidad es un "imán" de campo eléctrico interno.
Después de combinar el óxido de tungsteno y el polipirrol, se genera un pequeño campo eléctrico interno entre ellos. Este campo eléctrico actúa como un deslizamiento direccional de electrones, lo que permite que los electrones fluyan más suavemente desde el polipirrol hasta el óxido de tungsteno.
Como resultado, la superficie del óxido de tungsteno se vuelve más hábil para capturar y domesticar iones de uranio cargados positivamente, electrorreduciéndolos rápidamente de nuevo a uranio sólido. En pocas palabras, hace que el electrocatalizador sea más atractivo para el uranio, lo retiene más firmemente y la tasa de reducción es más rápida.
La segunda capacidad es la auto-producción de un "precipitante".
El polipirrol en sí tiene una capacidad única: puede utilizar completamente el oxígeno disuelto en el agua, produciendo de manera estable peróxido de hidrógeno-el mismo peróxido de hidrógeno que se usa para la desinfección-basado en una reacción de reducción de oxígeno de dos-electrones.
Esto es crucial porque el peróxido de hidrógeno, al encontrar iones de uranio en el agua, sufre inmediatamente una reacción de "química de clic", generando un precipitado sólido amarillo llamado peróxido de uranio.
Esta reacción es un método industrial-bien establecido para la purificación de uranio. De esta forma, el electrodo no sólo atrae los iones de uranio sino que también los precipita instantáneamente como un precipitado sólido de color amarillo sobre sí mismo, separándolos por completo del agua.
Estas dos vías: -campo eléctrico-reducción electroquímica impulsada por peróxido de hidrógeno-precipitación química impulsada-tienen un efecto sinérgico, como equipar el electrocatalizador con un motor dual, acelerando enormemente la velocidad y la cantidad total de uranio extraído del agua.
(Fuente: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Alta extracción, extracción rápida, reconocimiento claro, uso-duradero
Los experimentos han demostrado el impresionante rendimiento de este electrocatalizador de doble-motor:
En primer lugar, extrae una gran cantidad. Durante las pruebas experimentales, su máxima capacidad de extracción alcanzó los 3.104 miligramos de uranio por gramo de material, casi el doble que las tecnologías líderes actuales.
En segundo lugar, se extrae rápidamente. En agua oxigenada, puede eliminar más del 93 % del uranio en 6 horas, casi el doble de eficiente que en un entorno libre de oxígeno- con un solo-motor.
En segundo lugar, presenta una selectividad excelente; Incluso con la presencia de iones metálicos comunes como sodio, calcio y magnesio en el agua, el material del electrodo aún puede capturar uranio de manera precisa y preferencial.
Finalmente, presume de longevidad. Un lavado suave con ácido diluido disuelve y recupera las pequeñas piedras amarillas adheridas al material electrocatalizador. El material del electrodo en sí es robusto y estable, lo que permite al menos 20 reutilizaciones prácticamente sin degradación del rendimiento.
Esto significa que este material nano-electrocatalizador funcional tiene amplias perspectivas de aplicación. En la extracción, el procesamiento y el tratamiento de relaves de uranio, esta tecnología puede recuperar eficientemente uranio de las aguas residuales, reduciendo los desechos radiactivos y reciclando recursos valiosos.
Cómo extraer uranio de forma económica y eficiente a partir de cantidades masivas de agua de mar ha sido un desafío de larga data-. La tecnología eficiente y de baja-energía desarrollada por el profesor Qiu Jieshan y el equipo del profesor Wang Gang proporciona un nuevo enfoque para el desarrollo futuro de los recursos marinos de uranio.
Además, su aplicación en el tratamiento de aguas subterráneas contaminadas con uranio-puede garantizar la seguridad hídrica y la salud ecológica.
(Fuente: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Con respecto a los planes futuros, el profesor Qiu Jieshan dijo a DeepTech: "Nuestro equipo colaborará estrechamente con académicos e instituciones de investigación de primer nivel tanto a nivel nacional como internacional, utilizando técnicas avanzadas de caracterización in-in situ para revelar en profundidad la estructura intrínseca-la relación de actividad de estos materiales electrocatalíticos funcionales y los mecanismos de transporte y evolución de las especies de uranio, optimizando aún más el diseño de materiales y mejorando el rendimiento de extracción de uranio".
En la entrevista, también imaginó las amplias perspectivas de aplicación de materiales funcionales, especialmente materiales de carbono funcionales, en la separación de gases, el almacenamiento de energía y la catálisis, particularmente en aplicaciones que el país necesita con urgencia, como materiales y dispositivos de almacenamiento de energía de alto-rendimiento, desalinización de agua de mar y electrólisis de agua para la producción de hidrógeno junto con la fabricación inteligente de productos químicos finos. En estos campos, los materiales de carbono funcionales, debido a su estructura y propiedades únicas, desempeñarán un papel crucial.