鋰享有“21世紀(jì)能源金屬”的美譽(yù)，在能源領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，我國(guó)鋰資源豐富，但80%的可開(kāi)采鋰儲(chǔ)存于鹽湖，因此鹽湖提鋰逐漸成為保障我國(guó)鋰資源安全的重要課題?？紤]到我國(guó)鹽湖中鎂鋰離子比例達(dá)數(shù)百，而二者水合直徑差異卻極?。s1 ），構(gòu)筑連續(xù)無(wú)缺陷的高品質(zhì)篩分膜是提鋰應(yīng)用的難點(diǎn)。

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(yùn)。高選擇性的關(guān)鍵包括可以區(qū)分二價(jià)離子的窄孔徑、孔道內(nèi)能誘導(dǎo)離子無(wú)能壘傳輸?shù)碾娯?fù)性結(jié)合位點(diǎn)；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(yùn)。受生物離子通道啟發(fā)，青島能源所仿生能源界面技術(shù)研究中心劉健研究員和高軍研究員基于結(jié)晶和無(wú)定形同源氮化碳材料，構(gòu)筑了具有埃級(jí)尺寸通道的仿生氮化碳膜，實(shí)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(guó)際期刊Science Advances上。

研究團(tuán)隊(duì)制備了具有埃級(jí)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(jìn)一步利用“congener welding”策略在其表面沉積無(wú)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(fù)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(diǎn)，復(fù)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(dá)1708。該工作為設(shè)計(jì)新型鋰鎂分離膜提供了新思路，為實(shí)現(xiàn)從高鎂鋰比鹽湖高效穩(wěn)定提鋰提出了可行方案。

生物離子通道啟發(fā)的PTI/PCN復(fù)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(xué)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(xué)。工作獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)杰出青年基金、泰山學(xué)者計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。