Хіміки в процесі спостереження за реакцією відновлення шестивалентного урану на магнетитових частинках виявили утворення наноструктур з оксиду урану. За чотири тижні зразки наночастинок магнетиту покрилися наноструктурною мережею, яка складалася з наностержней чотирьохвалентного оксиду металу. Дослідження, яке може бути корисним для поділу ізотопів урану і усунення уранових забруднень в природі, опубліковано в.
Перехід розчинних форм шестивалентного урану в нерозчинні сполуки тривалентного урану значно впливає на поведінку цього елемента в природі. Редокс-активні мінерали, які охоче вступають в окислювально-відновлювальні реакції, що містять двовалентне залізо або сульфіди, такі як пірит, магнетит, зелена іржа і глини, що містять Fe (II), часто беруть участь у відновленні урану.
Хоч реакція відіграє важливу роль у біогеохімії, досі не до кінця вивчені молекулярні механізми відновлення шестивалентного урану мінералами, що містять двовалентне залізо, передачі електронів і подальше випадання осаду оксиду урану.
Зежень Пан (Zezhen Pan) з колегами з Федеральної політехнічної школи Лозанни за допомогою методів мікроскопії і спектроскопії описали реакцію відновлення шестивалентного урану на поверхні магнетиту і подальшого утворення нанокристалів оксиду урану UO2. В умовах відсутності кисню в атмосфері азоту вчені синтезували наночастинки магнетиту (змішаного оксиду заліза), які потім додали до хлориду шестивалентного урану в буферному розчині нейтральної кислотності і залишили в темному місці на чотири тижні. Періодично дослідники відбирали частину суспензії і досліджували її склад і структуру зростаючих кристалів.
З плином часу автори спостерігали зменшення концентрації шестивалентного урану за рахунок появи і зростання концентрацій перехідної п'ятивалентної і чотирьохвалентної форм урану на твердих компонентах суспензії.
Через 12 годин після початку експерименту, на поверхні магнетиту дослідники виявили наночастинки уранових сполук діаметром від одного до двох нанометрів. Окремі короткі наностержні, що ростуть з поверхні магнетиту, автори інтерпретували як ранні стадії самоорганізації уранових наночастинок, які складаються з оксиду урану. У пробах, відібраних через п'ять днів і чотири тижні, вчені спостерігали вже не окремі завдавання, а кластери з них, що покривають всю поверхню магнетитових частинок. Зрештою зростання кристалів і їх злиття призводили до руйнування стрижнів і утворення нанокластерів частинок з однаковою орієнтацією.
Незважаючи на безліч досліджень з цієї теми, подібних структур в таких системах раніше не спостерігали. Автори пояснюють це мінливою кінетикою процесів утворення кристалів, яка залежить від складу середовища і співвідношень елементів, що беруть участь у реакції. У проведених експериментах за рахунок повільної кінетики відновлення, автори могли спостерігати появу перехідної п'ятивалентної форми і формування наноструктур.
Проаналізувавши структуру наностержней, автори помітили, що орієнтація кристалів у них розрізнялася, з чого вчені зробили висновок, що формування наностержнів відбувалося за механізмом приєднання частинок оксидів урану за допомогою сил Ван-дер-Ваальса. Окремі наностержні з'єднувалися з іншими, утворюючи пучки, а потім і цілу мережу уранитових наностержней.
За словами авторів, робота доводить утворення перехідної нанокристалічної структури сполук урану. Отримані результати можуть стати в нагоді як для розробки способів поділу ізотопів урану через їх відмінності в кінетиці переходу між рідкою і твердою фазами, так і в розумінні процесів, що відбуваються з відходами ядерного палива на молекулярному рівні, а також для видалення уранових забруднень методом відновлення до нерозчинних форм.
Уран дуже токсичний для людини, він може потрапляти в організм через вдихуване повітря, їжу або воду. Близько двох третин виводиться, проте частина запасається в кістках. Минулого року китайські вчені синтезували речовину, здатну ефективно виводити сполуки урану з організму.