Récemment, une équipe de recherche collaborative dirigée par le professeur Qiu Jieshan de l’Université de technologie chimique de Pékin et le professeur Wang Gang de l’Université de technologie de Dongguan a développé un matériau électrocatalytique doté d’une double voie de conversion. Ce matériau peut extraire et récupérer efficacement l'uranium métallique extrêmement précieux des eaux usées contenant de l'uranium -, extrayant plus de trois fois son propre poids en une seule extraction.
En 72 heures, le matériau peut éliminer 98,4 % de l'uranium des eaux usées contenant de l'uranium-, réduisant ainsi la concentration d'uranium à 0,022 mg L⁻¹, répondant ainsi aux normes internationales sur l'eau potable (0,03 mg L⁻¹). Des expériences modulaires ont confirmé que 15,75 mg d'uranium pouvaient être extraits des eaux souterraines en 17 heures.
L’énergie nucléaire est une source d’énergie cruciale pour le développement économique et social. L'uranium est un matériau clé pour la production d'énergie nucléaire. Cependant, les gisements d’uranium facilement exploitables sur Terre deviennent de plus en plus rares, tandis que les eaux usées contenant des traces d’uranium sont abondantes, gaspillant les ressources et polluant l’environnement. Le matériau électrocatalytique développé par cette équipe est un nouveau type de nanomatériau capable d’extraire efficacement, rapidement et proprement l’uranium de l’eau.
(Source : https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Un matériau électrocatalytique bifonctionnel capable de « marcher sur deux jambes »
Cette avancée réside dans la conception d'une double fonction pour ce matériau électrocatalytique, lui conférant la capacité de « marcher sur deux jambes ».
Ce matériau électrocatalytique spécial qu'ils ont créé est ingénieusement couplé à partir de deux matériaux : l'oxyde de tungstène inorganique et le polypyrrole organique.
L'oxyde de tungstène prend la forme d'un oursin, tandis que le polypyrrole, comme une couche de gelée conductrice, recouvre uniformément la surface de l'oursin.
Cette ingénieuse structure composite confère à ce nouveau matériau électrocatalytique les deux capacités majeures suivantes :
La première capacité est un « aimant » de champ électrique interne.
Une fois l’oxyde de tungstène et le polypyrrole combinés, un minuscule champ électrique interne est généré entre eux. Ce champ électrique agit comme un glissement d’électrons directionnel, permettant aux électrons de circuler plus facilement du polypyrrole vers l’oxyde de tungstène.
En conséquence, la surface de l’oxyde de tungstène devient plus apte à capturer et à apprivoiser les ions d’uranium chargés positivement, les réduisant rapidement en uranium solide par électroréduction. En termes simples, cela rend l'électrocatalyseur plus attractif pour l'uranium, le retenant plus fermement et le taux de réduction plus rapide.
La deuxième capacité est l'auto-production d'un "précipitant".
Le polypyrrole lui-même a une capacité unique : il peut utiliser pleinement l'oxygène dissous dans l'eau, produisant de manière stable du peroxyde d'hydrogène-le même peroxyde d'hydrogène utilisé pour la désinfection-basé sur une réaction de réduction de l'oxygène à deux-électrons.
Ceci est crucial car le peroxyde d’hydrogène, lorsqu’il rencontre des ions uranium dans l’eau, subit immédiatement une réaction de « chimie clic », générant un précipité solide jaune appelé peroxyde d’uranium.
Cette réaction est une méthode industrielle-bien établie pour la purification de l'uranium. De cette façon, l’électrode non seulement attire les ions uranium, mais les précipite également instantanément sous la forme d’un précipité jaune solide sur elle-même, les séparant complètement de l’eau.
Ces deux voies -réduction électrochimique induite par le champ électrique-et réduction électrochimique induite par le peroxyde d'hydrogène-précipitation chimique induite-ont un effet synergique, comme en équipant l'électrocatalyseur d'un double moteur, accélérant considérablement la vitesse et la quantité totale d'uranium extrait de l'eau.
(Source : https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Extraction élevée, extraction rapide, reconnaissance claire, utilisation longue -
Des expériences ont prouvé les performances impressionnantes de cet électrocatalyseur à double moteur :
Premièrement, il en extrait une grande quantité. Lors des tests expérimentaux, sa capacité d’extraction la plus élevée a atteint 3 104 milligrammes d’uranium par gramme de matière, soit près du double de celle des technologies de pointe actuelles.
Deuxièmement, il extrait rapidement. Dans l'eau oxygénée, il peut éliminer plus de 93 % de l'uranium en 6 heures, soit près de deux fois plus efficacement que dans un environnement sans oxygène-à moteur unique-.
Deuxièmement, il présente une excellente sélectivité ; Même en présence d'ions métalliques communs comme le sodium, le calcium et le magnésium dans l'eau, le matériau de l'électrode peut toujours capturer l'uranium avec précision et préférence.
Enfin, il revendique la longévité. Un lavage doux avec de l'acide dilué dissout et récupère les petites pierres jaunes adhérant au matériau électrocatalyseur. Le matériau de l'électrode lui-même est robuste et stable, permettant au moins 20 réutilisations sans pratiquement aucune dégradation des performances.
Cela signifie que ce matériau nano-électrocatalyseur fonctionnel a de larges perspectives d'application. Dans l'extraction, le traitement et le traitement des résidus d'uranium, cette technologie peut récupérer efficacement l'uranium des eaux usées, réduisant ainsi les déchets radioactifs et recyclant des ressources précieuses.
Comment extraire de manière économique et efficace l'uranium de quantités massives d'eau de mer est un défi de longue date. La technologie efficace et à faible consommation d'énergie développée par le professeur Qiu Jieshan et l'équipe du professeur Wang Gang offre une nouvelle approche pour le développement futur des ressources marines en uranium.
De plus, son application dans le traitement des eaux souterraines contaminées à l'uranium-peut garantir la sécurité de l'eau et la santé écologique.
(Source : https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Concernant les projets futurs, le professeur Qiu Jieshan a déclaré à DeepTech : "Notre équipe collaborera étroitement avec-des instituts de recherche et des universitaires de premier plan, tant au niveau national qu'international, en utilisant des techniques avancées de caractérisation in situ pour révéler en profondeur la relation structure intrinsèque-activité de ces matériaux électrocatalytiques fonctionnels et les mécanismes de transport et d'évolution des espèces d'uranium, optimisant davantage la conception des matériaux et améliorant les performances d'extraction de l'uranium. "
Dans l'interview, il a également envisagé les vastes perspectives d'application des matériaux fonctionnels, en particulier des matériaux fonctionnels à base de carbone, dans la séparation des gaz, le stockage d'énergie et la catalyse, en particulier dans les applications dont le pays a un besoin urgent, telles que les matériaux et dispositifs de stockage d'énergie à haute performance, le dessalement de l'eau de mer et l'électrolyse de l'eau pour la production d'hydrogène couplée à la fabrication intelligente de produits chimiques fins. Dans ces domaines, les matériaux carbonés fonctionnels, de par leur structure et leurs propriétés uniques, joueront un rôle crucial.