เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ Qiu Jieshan จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเคมีปักกิ่ง และศาสตราจารย์ Wang Gang จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีตงกวน ได้พัฒนาวัสดุอิเล็กโทรคะตาไลติกที่มีวิถีการแปลงแบบคู่ วัสดุนี้สามารถสกัดและนำยูเรเนียมโลหะที่มีคุณค่าอย่างยิ่งกลับมาจากยูเรเนียม-ที่มีน้ำเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยสกัดได้มากกว่า 3 เท่าของน้ำหนักตัวมันเองในการสกัดเพียงครั้งเดียว
ภายใน 72 ชั่วโมง วัสดุสามารถกำจัดยูเรเนียม 98.4% ออกจากยูเรเนียม-ที่มีน้ำเสีย ซึ่งช่วยลดความเข้มข้นของยูเรเนียมลงเหลือ 0.022 มก. L⁻¹ ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานน้ำดื่มสากล (0.03 มก. L⁻¹) การทดลองแบบโมดูลาร์ยืนยันว่าสามารถสกัดยูเรเนียม 15.75 มก. จากน้ำใต้ดินได้ภายใน 17 ชั่วโมง
พลังงานนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานสำคัญที่สนับสนุนการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคม ยูเรเนียมเป็นวัสดุสำคัญสำหรับการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม การสะสมยูเรเนียมที่ขุดได้ง่ายบนโลกกำลังขาดแคลนมากขึ้น ในขณะที่น้ำเสียที่มียูเรเนียมในปริมาณเล็กน้อยนั้นมีอยู่อย่างมากมาย สิ้นเปลืองทรัพยากรและสร้างมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม วัสดุอิเล็กโทรคะตาไลติกที่พัฒนาโดยทีมงานนี้เป็นวัสดุนาโนชนิดใหม่ที่สามารถแยกยูเรเนียมออกจากน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวดเร็ว และสะอาด
(ที่มา: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 วัสดุไฟฟ้าเร่งปฏิกิริยาแบบสองฟังก์ชันที่สามารถ "เดินสองขา" ได้
ความก้าวหน้าครั้งนี้อยู่ที่การออกแบบฟังก์ชันคู่สำหรับวัสดุอิเล็กโตรคะตาไลติก ทำให้สามารถ "เดินด้วยสองขา" ได้
วัสดุอิเล็กโทรคะตาไลติกชนิดพิเศษที่พวกเขาสร้างขึ้นนี้ผสมผสานกันอย่างชาญฉลาดจากวัสดุสองชนิด ได้แก่ ทังสเตนออกไซด์อนินทรีย์และโพลิไพโรลอินทรีย์
ทังสเตนออกไซด์จะเติบโตเป็นรูปร่างของเม่นทะเล ในขณะที่โพลิไพโรลก็เหมือนกับชั้นของเยลลี่ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า จะถูกเคลือบบนพื้นผิวของเม่นทะเลอย่างสม่ำเสมอ
โครงสร้างคอมโพสิตอันชาญฉลาดนี้ทำให้วัสดุอิเล็กโตรคะตาไลติกชนิดใหม่นี้มีความสามารถหลักสองประการดังต่อไปนี้:
ความสามารถแรกคือ "แม่เหล็ก" สนามไฟฟ้าภายใน
หลังจากที่ทังสเตนออกไซด์และโพลีไพโรลรวมกันแล้ว สนามไฟฟ้าภายในเล็กๆ จะถูกสร้างขึ้นระหว่างทั้งสอง สนามไฟฟ้านี้ทำหน้าที่เหมือนสไลด์อิเล็กตรอนที่มีทิศทาง ช่วยให้อิเล็กตรอนไหลจากโพลีไพร์โรลไปเป็นทังสเตนออกไซด์ได้ราบรื่นยิ่งขึ้น
เป็นผลให้พื้นผิวของทังสเตนออกไซด์มีความเชี่ยวชาญมากขึ้นในการจับและฝึกไอออนยูเรเนียมที่มีประจุบวกให้เชื่อง และทำให้พวกมันกลับคืนสู่ยูเรเนียมแข็งด้วยไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว พูดง่ายๆ ก็คือ มันทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าดึงดูดยูเรเนียมมากขึ้น จับยึดไว้แน่นขึ้น และอัตราการรีดักชันเร็วขึ้น
ความสามารถที่สองคือ-การผลิต "สารตกตะกอน" ด้วยตนเอง
โพลีไพร์โรลมีความสามารถเฉพาะตัว: สามารถใช้ออกซิเจนที่ละลายในน้ำได้อย่างเต็มที่ โดยผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้อย่างเสถียร-ซึ่งเป็นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เดียวกับที่ใช้ในการฆ่าเชื้อ-โดยอิงจากปฏิกิริยาการลดออกซิเจนของอิเล็กตรอนสองตัว-
นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เมื่อพบกับยูเรเนียมไอออนในน้ำ จะเกิดปฏิกิริยา "คลิกเคมี" ทันที ทำให้เกิดตะกอนของแข็งสีเหลืองที่เรียกว่ายูเรเนียมเปอร์ออกไซด์
ปฏิกิริยานี้เป็น-วิธีการทางอุตสาหกรรมที่มีชื่อเสียงในการทำให้บริสุทธิ์ยูเรเนียม ด้วยวิธีนี้ อิเล็กโทรดไม่เพียงดึงดูดไอออนของยูเรเนียมเท่านั้น แต่ยังทำให้พวกมันตกตะกอนในทันทีโดยมีลักษณะเป็นตะกอนสีเหลืองทึบบนตัวมันเอง และแยกพวกมันออกจากน้ำโดยสิ้นเชิง
วิถีทั้งสองนี้-สนามไฟฟ้า-ที่ขับเคลื่อนด้วยการลดเคมีไฟฟ้าและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์-การตกตะกอนของสารเคมีที่ขับเคลื่อนด้วย- มีผลการทำงานร่วมกัน เช่น การติดตั้งเครื่องเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าด้วยเครื่องยนต์คู่ ซึ่งจะช่วยเร่งความเร็วและปริมาณยูเรเนียมทั้งหมดที่สกัดจากน้ำได้อย่างมาก
(ที่มา: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 การสกัดสูง การสกัดที่รวดเร็ว การจดจำที่ชัดเจน การใช้งานที่ยาวนาน-
การทดลองต่างๆ ได้พิสูจน์ถึงประสิทธิภาพที่น่าประทับใจของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าของเครื่องยนต์คู่-นี้:
ประการแรกจะดึงข้อมูลจำนวนมาก ในระหว่างการทดสอบทดลอง ความสามารถในการสกัดยูเรเนียมสูงสุดอยู่ที่ 3,104 มิลลิกรัมต่อกรัมของวัสดุ ซึ่งเกือบสองเท่าของเทคโนโลยีชั้นนำในปัจจุบัน
ประการที่สอง มันจะแยกออกอย่างรวดเร็ว ในน้ำที่มีออกซิเจน จะสามารถกำจัดยูเรเนียมได้มากกว่า 93% ภายใน 6 ชั่วโมง ซึ่งมีประสิทธิภาพเกือบสองเท่าของ-เครื่องยนต์เดียว ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน-
ประการที่สอง มันแสดงให้เห็นถึงการคัดเลือกที่ยอดเยี่ยม แม้ว่าจะมีไอออนของโลหะทั่วไป เช่น โซเดียม แคลเซียม และแมกนีเซียมอยู่ในน้ำ วัสดุอิเล็กโทรดยังสามารถจับยูเรเนียมได้อย่างแม่นยำและพิเศษกว่า
ในที่สุดมันก็มีอายุยืนยาว การล้างอย่างอ่อนโยนด้วยกรดเจือจางจะละลายและนำหินสีเหลืองเล็กๆ ที่เกาะติดกับวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้ากลับคืนมา วัสดุอิเล็กโทรดนั้นมีความทนทานและเสถียร ทำให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างน้อย 20 ครั้งโดยแทบไม่มีการเสื่อมประสิทธิภาพเลย
ซึ่งหมายความว่าวัสดุอิเล็กโตรคะตะลิสต์นาโน-เชิงฟังก์ชันนี้มีแนวโน้มการใช้งานในวงกว้าง ในการขุด การแปรรูป และการบำบัดกากแร่ยูเรเนียม เทคโนโลยีนี้สามารถดึงยูเรเนียมจากน้ำเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดขยะกัมมันตภาพรังสี และรีไซเคิลทรัพยากรอันมีค่า
วิธีการสกัดยูเรเนียมจากน้ำทะเลปริมาณมหาศาลอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพถือเป็นความท้าทาย-ที่มีมายาวนาน เทคโนโลยีพลังงานต่ำที่มีประสิทธิภาพ-ที่พัฒนาโดยศาสตราจารย์ Qiu Jieshan และทีมงานของศาสตราจารย์ Wang Gang มอบแนวทางใหม่สำหรับการพัฒนาทรัพยากรยูเรเนียมทางทะเลในอนาคต
นอกจากนี้ การประยุกต์ใช้ในการบำบัดยูเรเนียม-น้ำใต้ดินที่ปนเปื้อนสามารถรับประกันความมั่นคงของน้ำและสุขภาพของระบบนิเวศได้
(ที่มา: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
เกี่ยวกับแผนการในอนาคต ศาสตราจารย์ Qiu Jieshan กล่าวกับ DeepTech ว่า "ทีมงานของเราจะร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับ-สถาบันวิจัยและนักวิชาการชั้นนำทั้งในประเทศและต่างประเทศ โดยใช้-เทคนิคการระบุลักษณะเฉพาะในแหล่งกำเนิดขั้นสูงเพื่อเปิดเผยความสัมพันธ์เชิงกิจกรรมของโครงสร้างภายใน-อย่างลึกซึ้งของวัสดุอิเล็กโทรคะตะไลติกที่ใช้งานได้เหล่านี้กับกลไกการขนส่งและวิวัฒนาการของสายพันธุ์ยูเรเนียม การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบวัสดุและปรับปรุงประสิทธิภาพการสกัดยูเรเนียม"
ในการสัมภาษณ์ เขายังมองเห็นแนวโน้มการใช้งานในวงกว้างของวัสดุเชิงหน้าที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุคาร์บอนเชิงหน้าที่ ในการแยกก๊าซ การจัดเก็บพลังงาน และการเร่งปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีความจำเป็นเร่งด่วนของประเทศ เช่น วัสดุและอุปกรณ์กักเก็บพลังงานประสิทธิภาพสูง- การแยกเกลือออกจากน้ำทะเล และการแยกเกลือด้วยไฟฟ้าสำหรับการผลิตไฮโดรเจนควบคู่กับการผลิตสารเคมีชั้นดีอย่างชาญฉลาด ในด้านเหล่านี้ วัสดุคาร์บอนเชิงฟังก์ชันจะมีบทบาทสำคัญเนื่องจากมีโครงสร้างและคุณสมบัติเฉพาะตัว