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17
2026
-
04
Science子刊：离子陷阱膜用“结合–跃迁”机制实现提锂
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背景
随着储能与电动化需求快速增长，锂资源的获取成为关键问题。相比矿石，盐湖卤水蕴含大量锂资源，但其中Li⁺通常与Na⁺、K⁺等单价离子共存，由于它们电荷相同、水合半径接近，传统膜分离方法难以实现有效区分。现有工艺主要依赖多级蒸发与化学沉淀，不仅周期长、能耗高，还导致超过50%的锂损失。尽管直接提锂被认为是更的路径，但其核心瓶颈仍在于：如何在单价离子之间实现高选择性分离。
创新
近日，中科院青海盐湖所刘忠研究员团队提出一种“离子陷阱膜+结合–跃迁机制”，从热力学与动力学双重维度突破单价离子分离极限：
离子亲和位点内嵌：将亲锂分子HTTA引入COF亚纳米通道中，构建特异性识别环境；
“结合–跃迁”协同机制：Li⁺优先与HTTA发生配位并部分脱水，被选择性“困住”；Li⁺在相邻位点间快速迁移，实现加速传输；
双重筛分效应：热力学上增强Li⁺选择性（更强结合）；动力学上加速Li⁺迁移、抑制Na⁺传输；
高性能分离表现：Li⁺/Na⁺选择性>320；Li⁺通量~143 mmol m⁻² h⁻¹；显著优于现有膜体系；
电场协同增强：在电渗析条件下，外加电场进一步放大Li⁺传输优势；
稳定性与可扩展性：多循环运行性能稳定，适用于复杂高盐卤水体系。
意义
该工作将“离子识别”与“传输动力学”深度耦合，提出了一种不同于传统筛分机制的新范式。相比依赖尺寸或电荷差异的经典方法，“结合-跃迁”策略通过构建特定化学环境，实现对几乎不可区分离子的调控。这一设计不仅显著提升了锂的分离效率，也为解决单价离子分离难题提供了通用思路。更重要的是，该体系兼具高性能与工程可行性，有望推动直接提锂技术向实际应用迈进。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/thoHz27lTDE6L3AKsdwZ7A
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