鋰享有“21世紀能源金屬”的美譽，在能源領域發(fā)揮著不可替代的作用，我國鋰資源豐富，但80%的可開采鋰儲存于鹽湖，因此鹽湖提鋰逐漸成為保障我國鋰資源安全的重要課題?？紤]到我國鹽湖中鎂鋰離子比例達數(shù)百，而二者水合直徑差異卻極小（約1 ?），構(gòu)筑連續(xù)無缺陷的高品質(zhì)篩分膜是提鋰應用的難點。

自然界中，生物離子通道能夠保證特定離子的高選擇性跨膜轉(zhuǎn)運。高選擇性的關鍵包括可以區(qū)分二價離子的窄孔徑、孔道內(nèi)能誘導離子無能壘傳輸?shù)碾娯撔越Y(jié)合位點；此外，離子通道和脂質(zhì)支撐層之間高度相容的界面也十分重要，二者骨架結(jié)構(gòu)的相似性保證了離子在通道中的高效穩(wěn)定轉(zhuǎn)運。受生物離子通道啟發(fā)，青島能源所仿生能源界面技術研究中心劉健研究員和高軍研究員基于結(jié)晶和無定形同源氮化碳材料，構(gòu)筑了具有埃級尺寸通道的仿生氮化碳膜，實現(xiàn)了高選擇性的鋰鎂分離。該研究成果以“Congener-welded crystalline carbon nitride membrane for robust and highly selective Li/Mg separation”發(fā)表于國際期刊Science Advances上。

研究團隊制備了具有埃級孔的結(jié)晶型氮化碳（聚三嗪酰亞胺），經(jīng)超聲剝離、真空抽濾得到結(jié)晶氮化碳納米片膜，進一步利用“congener welding”策略在其表面沉積無定形氮化碳，得到界面接觸緊密且相容性高的晶體/聚合物復合膜。得益于聚三嗪酰亞胺均勻、窄的孔隙以及孔道內(nèi)豐富的離子結(jié)合位點，復合膜在鋰鎂分離中表現(xiàn)出色，可從高濃度Mg2+（1.0 M）中篩出極低濃度的Li+（0.002 M），選擇比達1708。該工作為設計新型鋰鎂分離膜提供了新思路，為實現(xiàn)從高鎂鋰比鹽湖高效穩(wěn)定提鋰提出了可行方案。

圖1?生物離子通道啟發(fā)的PTI/PCN復合膜的構(gòu)筑及離子篩分行為研究

文章第一作者為青島能源所博士后張媛媛和蘇州大學周柯副教授。通訊作者為劉健和高軍。第一通訊單位為青島能源所，第二通訊單位為青島科技大學。工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、山東省自然科學重大基礎研究項目、山東省自然科學杰出青年基金、泰山學者計劃等項目的支持。（文/圖?張媛媛）

Yuanyuan Zhang1,2?, Ke Zhou3?, Shigang Su2, Jun Gao1,*, Jian Liu1,2,*?& Lei Jiang4. Congener-welded crystalline carbon nitride membrane for robust and highly selective Li/Mg separation.?Science Advances, 2024, 10, eadm9620.

來源：中國科學院青島能源所仿生能源界面技術研究中心

原文鏈接：https://qibebt.cas.cn/news/zyxw/202406/t20240617_7189514.html

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