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29
2026
-
07
JMS: 从“尺寸筛分”到“协同调控”，埃级COF通道重塑锂镁分离极限
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背景
随着新能源产业的快速发展，锂资源的重要性持续提升，而盐湖卤水作为全球*主要的锂储量来源之一，其*开发已成为关键技术方向。然而，卤水体系中Mg²⁺含量通常远高于Li⁺，且两者在离子半径和水合特性上*为接近，使得*分离长期面临挑战。传统膜分离方法虽然具有低能耗和连续运行的优势，但普遍存在“选择性与通量难以兼顾”的问题，尤其是现有共价有机框架（COF）膜多采用纳米尺度孔道，难以对Å级离子实现精确筛分，从而限制了其分离性能的进一步提升。因此，构建能够在更精细尺度上调控离子传输行为的膜材料，成为推动直接锂提取技术发展的核心科学问题。
创新
近日，西安建筑大学何喜红教授团队提出了一种多功能协同设计策略，通过在COF通道中同时引入“埃级孔径、锂亲和位点与正电荷”，实现对Li⁺/Mg²⁺分离行为的*调控。研究者选用小尺寸、带正电的单体构建*限域通道，使孔径缩小至Å级，从而显著增强尺寸筛分效应；同时引入富含氧基团的结构单元，构建对Li⁺具有高亲和性的配位环境，促进其脱水与优先传输；进一步通过通道正电荷引发Donnan排斥效应，有效抑制Mg²⁺进入通道。三种机制并非简单叠加，而是在纳米尺度空间内形成协同放大效应，既避免了单一限域导致的通量损失，也克服了单纯电荷调控带来的选择性不足问题。最终，该膜实现了高达1200的Li⁺/Mg²⁺选择性以及73.6 mmol m⁻² h⁻¹的高通量，显著超越对照体系与现有多数膜材料。
意义
这一工作突破了传统离子筛分依赖单一机制的设计范式，提出了“多功能协同调控”的新思路，为高难度离子分离体系提供了通用解决方案。通过在分子尺度上同时调控孔径、化学亲和性与电荷环境，该策略实现了对离子传输路径和能垒的精细工程化设计，为打破选择性与通量的耦合限制提供了理论与实践基础。更重要的是，该研究拓展了COF膜材料的设计空间，为盐湖锂资源开发、关键金属分离乃至更广泛的电化学分离过程提供了可推广的材料平台，有望加速绿色*资源提取技术的实际应用进程。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/9GiboavWWNXe0bFTNbLNjg
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