De meeste mensen zijn bekend met uranium als brandstof voor kerncentrales. En hoewel dat de meest voorkomende toepassing is, dit element wordt ook op veel andere gebieden gebruikt, zoals kleurstoffen, medische apparatuur, en wapens. Wetenschappers van EPFL's Environmental Microbiology Laboratory (EML) hebben onlangs een belangrijke ontdekking gedaan over uranium die grote gevolgen kan hebben voor bodem- en grondwatersanering en voor het beheer van radioactief afval. Hun onderzoek is zojuist gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Uranium is een radioactief zwaar metaal dat in de aardkorst en in kleine concentraties in water wordt aangetroffen. lucht, planten en levende organismen - mensen hebben kleine hoeveelheden uranium in hun botten. De EML-wetenschappers bestudeerden de eigenschappen van uranium zoals het van nature in het milieu voorkomt, en belangrijke doorbraken hebben gemaakt in het begrijpen hoe het van de ene oxidatietoestand naar de andere gaat, overgang van een in water oplosbare verbinding naar een stabiel mineraal.

"Bij de +6 oxidatietoestand, uranium is grotendeels oplosbaar en kan zich daarom ongecontroleerd in het milieu verspreiden, " zegt Zezhen Pan, een EML-wetenschapper en de hoofdauteur van de studie. "Maar bij de +4 oxidatietoestand, het is minder oplosbaar en minder mobiel. In ons onderzoek waren we in staat om de mechanismen van interactie op nanoschaal tussen uranium en magnetietdeeltjes vast te stellen, een magnetisch ijzeroxide, om van de ene oxidatietoestand naar de andere over te gaan. We toonden de persistentie van uranium in de +5 oxidatietoestand, die gewoonlijk als metastabiel wordt beschouwd."

Een nanodraadstructuur

Het meest interessante, de wetenschappers identificeerden ook een moleculair fenomeen dat optreedt tijdens de transformatie van de +6 naar de +4 oxidatietoestand:ze ontdekten de vorming van nieuwe nanodraden die zijn samengesteld uit zeer kleine nanodeeltjes (~1-2 nm) die spontaan in ketens werden samengevoegd. Deze ketens bezwijken uiteindelijk als individuele nanodeeltjes groter worden.

De wetenschappers konden de nanodraden bekijken - die een diameter hebben van slechts 2-5 nm, of 100, 000 keer dunner dan een mensenhaar - dankzij de elektronenmicroscopen van EPFL's Interdisciplinair Centrum voor Elektronenmicroscopie (CIME). De identificatie van de nanodraadstructuur zou het begrip kunnen verbeteren van de verspreiding van radioactieve stoffen in de ondergrond op verontreinigde locaties.

"Deze bevindingen zijn veelbelovend omdat ze inzicht geven in hoe mineralen op nanoschaal van nature worden gevormd door interacties op het water-mineraalgrensvlak, " zegt Rizlan Bernier-Latmani, het hoofd van de EML. "We hebben nu een beter begrip van de moleculaire mechanismen die voor dit proces aan het werk zijn."