לאחרונה, צוות מחקר שיתופי בראשות פרופסור Qiu Jieshan מאוניברסיטת בייג'ינג לטכנולוגיה כימית ופרופסור וואנג גאנג מאוניברסיטת דונגגוואן פיתח חומר אלקטרוקטליטי עם מסלול המרה כפול. חומר זה יכול לחלץ ולשחזר ביעילות את האורניום המתכתי היקר ביותר מאורניום- המכילים שפכים, ולחלץ יותר משלושה ממשקלו שלו במיצוי בודד.
בתוך 72 שעות, החומר יכול להסיר 98.4% מהאורניום משפכים המכילים אורניום-, ולהפחית את ריכוז האורניום ל-0.022 מ"ג L⁻¹, תוך עמידה בתקני מי שתייה בינלאומיים (0.03 מ"ג L⁻¹). ניסויים מודולריים אישרו שניתן להפיק 15.75 מ"ג אורניום ממי תהום תוך 17 שעות.
אנרגיה גרעינית היא מקור אנרגיה חיוני התומך בפיתוח כלכלי וחברתי. אורניום הוא חומר מפתח לייצור חשמל גרעיני. עם זאת, מרבצי אורניום הנכרים בקלות על פני כדור הארץ הופכים נדירים יותר ויותר, בעוד שפכים המכילים כמויות עקבות של אורניום מצויים בשפע, מבזבזים משאבים ומזהמים את הסביבה. החומר האלקטרוקטליטי שפותח על ידי צוות זה הוא סוג חדש של ננו-חומר המסוגל לחלץ ביעילות, במהירות ובנקיות אורניום ממים.
(מקור: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 חומר אלקטרוקטליטי דו-פונקציונלי המסוגל "ללכת על שתי רגליים"
פריצת דרך זו טמונה בתכנון פונקציה כפולה לחומר האלקטרוקטליטי הזה, המעניקה לו את היכולת "ללכת על שתי רגליים".
החומר האלקטרוקטליטי המיוחד הזה שהם יצרו מחובר בצורה גאונית משני חומרים: תחמוצת הטונגסטן האנאורגנית והפוליפירול האורגני.
תחמוצת הטונגסטן גדלה לצורת קיפוד ים, בעוד שהפוליפירול, כמו שכבה של ג'לי מוליך, מצופה באופן שווה על פני השטח של קיפוד הים.
המבנה המרוכב הגאוני הזה מעניק לחומר האלקטרוקטליטי החדש הזה את שתי היכולות העיקריות הבאות:
היכולת הראשונה היא שדה חשמלי פנימי "מגנט".
לאחר שילוב תחמוצת הטונגסטן והפוליפירול, נוצר ביניהם שדה חשמלי פנימי זעיר. שדה חשמלי זה פועל כמו שקופית אלקטרונים כיוונית, ומאפשר לאלקטרונים לזרום בצורה חלקה יותר מפוליפירול לתחמוצת טונגסטן.
כתוצאה מכך, פני השטח של תחמוצת טונגסטן הופכים מיומנים יותר בללכוד ובילוף יוני אורניום בעלי מטען חיובי, תוך הפחתת חשמל מהירה בחזרה לאורניום מוצק. במילים פשוטות, זה הופך את הזרז האלקטרו לאטרקטיבי יותר לאורניום, מחזיק אותו בחוזקה יותר וקצב ההפחתה מהיר יותר.
היכולת השנייה היא-ייצור עצמי של "משקע".
לפוליפירול עצמו יש יכולת ייחודית: הוא יכול לנצל במלואו חמצן מומס במים, לייצר מי חמצן ביציבות-אותו מי חמצן המשמש לחיטוי-בהתבסס על תגובת הפחתת חמצן של שני-אלקטרונים.
זה חיוני מכיוון שמי חמצן, עם מפגש עם יוני אורניום במים, עובר מיד תגובת "קליק כימיה", יוצר משקע מוצק צהוב הנקרא אורניום חמצן.
תגובה זו היא -שיטה תעשייתית מבוססת היטב לטיהור אורניום. בדרך זו, האלקטרודה לא רק מושכת יוני אורניום אלא גם משקיעה אותם באופן מיידי כמשקע צהוב מוצק על עצמה, ומפרידה אותם לחלוטין מהמים.
לשני המסלולים האלה-שדה חשמלי-הפחתה אלקטרוכימית מונעת ומי חמצן-משקעים כימיים-יש השפעה סינרגטית, כמו לצייד את הזרז האלקטרוני במנוע כפול, להאיץ מאוד את המהירות ואת הכמות הכוללת של אורניום המופק ממים.
(מקור: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 חילוץ גבוה, חילוץ מהיר, זיהוי ברור, שימוש ממושך-
ניסויים הוכיחו את הביצועים המרשימים של-אלקטרו-זרז חשמלי זה:
ראשית, הוא מחלץ כמות גדולה. במהלך ניסויים, יכולת המיצוי הגבוהה ביותר שלו הגיעה ל-3,104 מיליגרם של אורניום לגרם חומר, כמעט פי שניים מזו של הטכנולוגיות המובילות הנוכחיות.
שנית, הוא מחלץ במהירות. במים מחומצנים, הוא יכול להסיר מעל 93% מהאורניום בתוך 6 שעות, יעיל כמעט פי שניים מאשר בסביבה -יחידה ללא חמצן.
שנית, הוא מפגין סלקטיביות מצוינת; אפילו עם נוכחותם של יוני מתכת נפוצים כמו נתרן, סידן ומגנזיום במים, חומר האלקטרודה עדיין יכול ללכוד אורניום בצורה מדויקת ומועדפת.
לבסוף, הוא מתהדר באריכות ימים. כביסה עדינה עם חומצה מדוללת מתמוססת ומשחזרת את האבנים הצהובות הקטנות הנדבקות לחומר האלקטרוקטליזטור. חומר האלקטרודה עצמו חזק ויציב, המאפשר לפחות 20 שימוש חוזר ללא ירידה בביצועים.
המשמעות היא שלחומר הננו{0}}אלקטרו-זרז הפונקציונלי הזה יש אפשרויות יישום רחבות. בכריית אורניום, עיבוד וטיפול בזנב, טכנולוגיה זו יכולה לשחזר ביעילות אורניום ממי שפכים, להפחית פסולת רדיואקטיבית ולמחזר משאבים יקרי ערך.
כיצד להפיק אורניום בצורה חסכונית ויעילה מכמויות אדירות של מי ים הוא אתגר-ממושך. הטכנולוגיה היעילה והנמוכה באנרגיה- שפותחה על ידי פרופסור Qiu Jieshan והצוות של פרופסור וואנג גאנג מספקת גישה חדשה לפיתוח עתידי של משאבי אורניום ימיים.
יתר על כן, היישום שלו בטיפול במי תהום- מזוהמים באורניום יכול להבטיח ביטחון מים ובריאות אקולוגית.
(מקור: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
בנוגע לתוכניות עתידיות, פרופסור Qiu Jieshan אמר ל-DeepTech, "הצוות שלנו ישתף פעולה הדוק עם מוסדות מחקר וחוקרים מהשורה הראשונה הן מקומיות והן בינלאומיות, תוך שימוש בטכניקות מתקדמות של-אפיון באתר כדי לחשוף לעומק את המבנה המהותי-קשרי הפעילות של המינים הפונקציונליים של חומרים אלקטרוקטליטיים ואופטימליים של חומרים אלקטרוקטליטיים ואופטימליים נוספים. עיצוב חומר ושיפור ביצועי שאיבת אורניום."
בראיון, הוא גם ראה בעיני רוחו את סיכויי היישום הרחבים של חומרים פונקציונליים, במיוחד חומרי פחמן פונקציונליים, בהפרדת גזים, אחסון אנרגיה וקטליזה, במיוחד ביישומים הדרושים לאומה, כגון חומרים והתקנים לאחסון אנרגיה-בעלי ביצועים גבוהים, התפלת מי ים ואלקטרוליזה של מים לייצור מימן בשילוב עם ייצור כימי עדין. בתחומים אלו, חומרי פחמן פונקציונליים, בשל המבנה והתכונות הייחודיים שלהם, ישחקו תפקיד מכריע.