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03
2026
-
07
Angew: 配体-阳离子协同调控，在亚纳米通道中实现锂离子筛分
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背景
随着锂资源需求的持续增长，从盐湖卤水和海水中*提取锂成为关键技术挑战。然而，这类资源中普遍存在大量二价离子（如Ca²⁺、Mg²⁺），其水合尺寸与Li⁺相近，使得传统基于尺寸筛分的膜分离方法难以实现*区分。在二维层状膜体系（如MXene膜）中，亚纳米通道为离子提供了受限传输空间，并通过表面官能团引入一定的能垒差异。但由于不同离子跨膜能垒差异有限，往往难以同时实现高通量与高选择性。此外，引入配体增强选择性虽可放大离子识别能力，却常常压缩通道尺寸、增加传输阻力，从而牺牲通量。这种“选择性–通量”的耦合矛盾，成为高性能离子分离膜设计的核心难题。
创新
近日，武汉理工大学何大平教授团队提出了一种“配体–碱金属离子协同调控”的亚纳米通道构筑策略。通过在MXene层间引入柠檬酸配体与Na⁺离子，构建出结构有序、尺寸可控的亚纳米通道体系。其中，Na⁺离子*调节层间距，降低Li⁺进入通道的能垒，实现*传输；而柠檬酸配体则作为“分子识别位点”，通过与不同离子之间的特异相互作用，显著放大Li⁺与Ca²⁺在脱水和迁移过程中的能垒差异。两者协同作用，在不牺牲通量的前提下实现高选择性分离。实验与模拟结果表明，该膜体系实现了0.0725 mol·m⁻²·h⁻¹的Li⁺高通量和高达84的Li⁺/Ca²⁺选择性，并在复杂多离子体系中仍保持稳定性能，连续运行超过100小时，展现出优异的耐久性。
意义
该工作提出了一种从“能垒调控”出发的离子分离新范式，通过配体–阳离子协同作用*调节亚纳米通道中的离子脱水与迁移行为，突破了传统结构调控的局限。这一策略不仅为锂资源*提取提供了新的解决方案，也为理解和设计离子在限域空间中的传输机制提供了重要启示。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/2kS4iJFNQ8eaKvx2Z3qnVg
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