De flesta känner till uran som bränsle för kärnkraftverk. Och även om det är den vanligaste applikationen, detta element används också i många andra fält, som färgämnen, medicinska apparater, och vapen. Forskare vid EPFL:s miljömikrobiologiska laboratorium (EML) har nyligen gjort en viktig upptäckt om uran som kan ha stora konsekvenser för sanering av mark och grundvatten samt för hantering av radioaktivt avfall. Deras forskning har just publicerats i Naturkommunikation .

Uran är en radioaktiv tungmetall som finns i jordskorpan och i små koncentrationer i vatten, luft, växter och levande organismer - människor har små mängder uran i skelettet. EML -forskarna studerade egenskaperna hos uran eftersom det förekommer naturligt i miljön, och gjorde betydande genombrott för att förstå hur det går från ett oxidationstillstånd till det andra, övergång från en vattenlöslig förening till ett stabilt mineral.

"Vid +6 oxidationstillstånd, uran är mestadels lösligt och kan därför spridas okontrollerat i miljön, "säger Zezhen Pan, en EML -forskare och studiens huvudförfattare. "Men vid +4 oxidationstillståndet, det är mindre lösligt och mindre rörligt. I vår forskning kunde vi identifiera nanoskala mekanismer för interaktion mellan uran och magnetitpartiklar, en magnetisk järnoxid, att övergå från ett oxidationstillstånd till det andra. Vi visade Uranens beständighet vid +5 oxidationstillståndet, som vanligtvis anses vara metastabilt. "

En nanotrådsstruktur

Mest intressant, forskarna identifierade också ett molekylärt fenomen som uppstår under transformationen från +6 till +4 oxidationstillståndet:de upptäckte bildandet av nya nanotrådar som består av mycket små nanopartiklar (~ 1-2 nm) som spontant samlades i kedjor. Dessa kedjor kollapsar så småningom när enskilda nanopartiklar växer sig större.

Forskarna kunde se nanotrådarna - som har en diameter på bara 2–5 nm, eller 100, 000 gånger tunnare än ett människohår - tack vare elektronmikroskop vid EPFL:s tvärvetenskapliga centrum för elektronmikroskopi (CIME). Identifieringen av nanotrådstrukturen kan förbättra förståelsen för hur radioaktiva föreningar sprids i underjorden på förorenade platser.

"Dessa fynd har mycket lovande eftersom de ger inblick i hur nanoskalmineraler bildas naturligt genom interaktioner vid vatten-mineralgränssnittet, "säger Rizlan Bernier-Latmani, chefen för EML. "Vi har nu en bättre förståelse för de molekylära mekanismerna som fungerar för denna process."