Recentemente, uma equipe de pesquisa colaborativa liderada pelo professor Qiu Jieshan da Universidade de Tecnologia Química de Pequim e pelo professor Wang Gang da Universidade de Tecnologia de Dongguan desenvolveu um material eletrocatalítico com uma via de conversão dupla. Esse material pode extrair e recuperar com eficiência o urânio metálico extremamente valioso de águas residuais-contendo urânio, extraindo mais de três vezes seu próprio peso em uma única extração.
Em 72 horas, o material pode remover 98,4% do urânio das águas residuais que contêm urânio-, reduzindo a concentração de urânio para 0,022 mg L⁻¹, atendendo aos padrões internacionais de água potável (0,03 mg L⁻¹). Experimentos modulares confirmaram que 15,75 mg de urânio poderiam ser extraídos das águas subterrâneas em 17 horas.
A energia nuclear é uma fonte de energia crucial para apoiar o desenvolvimento económico e social. O urânio é um material fundamental para a geração de energia nuclear. No entanto, os depósitos de urânio facilmente extraídos na Terra estão a tornar-se cada vez mais escassos, enquanto as águas residuais contendo vestígios de urânio são abundantes, desperdiçando recursos e poluindo o ambiente. O material eletrocatalítico desenvolvido por esta equipe é um novo tipo de nanomaterial capaz de extrair urânio da água de maneira eficiente, rápida e limpa.
(Fonte: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Um material eletrocatalítico bifuncional capaz de “andar sobre duas pernas”
Este avanço reside na concepção de uma função dupla para este material eletrocatalítico, dando-lhe a capacidade de "andar sobre duas pernas".
Este material eletrocatalítico especial que eles criaram é engenhosamente acoplado a dois materiais: o óxido de tungstênio inorgânico e o polipirrol orgânico.
O óxido de tungstênio cresce na forma de um ouriço-do-mar, enquanto o polipirrol, como uma camada de geleia condutora, é uniformemente revestido na superfície do ouriço-do-mar.
Esta engenhosa estrutura composta confere a este novo material eletrocatalítico as duas capacidades principais a seguir:
A primeira capacidade é um “ímã” de campo elétrico interno.
Depois que o óxido de tungstênio e o polipirrol são combinados, um pequeno campo elétrico interno é gerado entre eles. Este campo elétrico atua como um deslizamento direcional de elétrons, permitindo que os elétrons fluam mais suavemente do polipirrol para o óxido de tungstênio.
Como resultado, a superfície do óxido de tungstênio torna-se mais adepta à captura e domesticação de íons de urânio carregados positivamente, eletrorreduzindo-os rapidamente de volta ao urânio sólido. Simplificando, torna o eletrocatalisador mais atraente para o urânio, segurando-o com mais firmeza e a taxa de redução mais rápida.
A segunda capacidade é a auto-produção de um "precipitante".
O próprio polipirrol tem uma capacidade única: pode utilizar totalmente o oxigênio dissolvido na água, produzindo de forma estável peróxido de hidrogênio-o mesmo peróxido de hidrogênio usado para desinfecção-com base em uma reação de redução de oxigênio de dois-elétrons.
Isto é crucial porque o peróxido de hidrogênio, ao encontrar íons de urânio na água, sofre imediatamente uma reação de "química de clique", gerando um precipitado sólido amarelo chamado peróxido de urânio.
Essa reação é um método industrial bem{0}}estabelecido para purificação de urânio. Desta forma, o eletrodo não apenas atrai íons de urânio, mas também os precipita instantaneamente como um precipitado sólido amarelo sobre si mesmo, separando-os completamente da água.
Essas duas vias, o-campo elétrico-a redução eletroquímica impulsionada pelo peróxido de hidrogênio-a precipitação química-têm um efeito sinérgico, como equipar o eletrocatalisador com um motor duplo, acelerando bastante a velocidade e a quantidade total de urânio extraído da água.
(Fonte: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Alta extração, extração rápida, reconhecimento claro, uso-duradouro
Experimentos comprovaram o desempenho impressionante deste eletrocatalisador de{0}motor duplo:
Em primeiro lugar, extrai uma grande quantidade. Durante os testes experimentais, a sua maior capacidade de extração atingiu 3.104 miligramas de urânio por grama de material, quase o dobro das atuais tecnologias líderes.
Em segundo lugar, extrai rapidamente. Em água oxigenada, ele pode remover mais de 93% do urânio em 6 horas, quase duas vezes mais eficiente do que em um ambiente-monomotor e livre de oxigênio-.
Em segundo lugar, apresenta excelente seletividade; mesmo com a presença de íons metálicos comuns como sódio, cálcio e magnésio na água, o material do eletrodo ainda pode capturar urânio de maneira precisa e preferencial.
Finalmente, possui longevidade. Uma lavagem suave com ácido diluído dissolve e recupera as pequenas pedras amarelas aderidas ao material eletrocatalisador. O próprio material do eletrodo é robusto e estável, permitindo pelo menos 20 reutilizações praticamente sem degradação do desempenho.
Isso significa que esse material nano-eletrocatalisador funcional tem amplas perspectivas de aplicação. Na mineração, processamento e tratamento de rejeitos de urânio, esta tecnologia pode recuperar eficientemente o urânio de águas residuais, reduzindo resíduos radioativos e reciclando recursos valiosos.
Como extrair urânio de maneira econômica e eficiente de grandes quantidades de água do mar tem sido um desafio-de longa data. A tecnologia eficiente e de baixo- consumo de energia desenvolvida pelo professor Qiu Jieshan e pela equipe do professor Wang Gang fornece uma nova abordagem para o desenvolvimento futuro dos recursos de urânio marinho.
Além disso, sua aplicação no tratamento de águas subterrâneas-contaminadas com urânio pode garantir a segurança hídrica e a saúde ecológica.
(Fonte: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Com relação aos planos futuros, o professor Qiu Jieshan disse à DeepTech: "Nossa equipe colaborará estreitamente com-instituições de pesquisa e acadêmicos de alto nível, tanto nacional quanto internacionalmente, utilizando técnicas avançadas de caracterização in{1}}situ para revelar profundamente a relação de atividade-da estrutura intrínseca desses materiais eletrocatalíticos funcionais e os mecanismos de transporte e evolução das espécies de urânio, otimizando ainda mais o design do material e melhorando o desempenho da extração de urânio".
Na entrevista, ele também imaginou as amplas perspectivas de aplicação de materiais funcionais, especialmente materiais funcionais de carbono, na separação de gases, armazenamento de energia e catálise, especialmente em aplicações urgentemente necessárias para o país, como materiais e dispositivos de armazenamento de energia de alto-desempenho, dessalinização de água do mar e eletrólise de água para produção de hidrogênio, juntamente com a fabricação inteligente de produtos químicos finos. Nestes campos, os materiais funcionais de carbono, devido à sua estrutura e propriedades únicas, desempenharão um papel crucial.