锂享有“21世纪能源金属”的美誉，在能源领域发挥着不可替代的作用，我国锂资源丰富，但80%的可开采锂储存于盐湖，因此盐湖提锂逐渐成为保障我国锂资源安全的重要课题。考虑到我国盐湖中镁锂离子比例达数百，而二者水合直径差异却极小（约1 Å），构筑连续无缺陷的高品质筛分膜是提锂应用的难点。
自然界中，生物离子通道能够保证特定离子的高选择性跨膜转运。高选择性的关键包括可以区分二价离子的窄孔径、孔道内能诱导离子无能垒传输的电负性结合位点；此外，离子通道和脂质支撑层之间高度相容的界面也十分重要，二者骨架结构的相似性保证了离子在通道中的高效稳定转运。受生物离子通道启发，青岛能源所仿生能源界面技术研究中心刘健研究员和高军研究员基于结晶和无定形同源氮化碳材料，构筑了具有埃级尺寸通道的仿生氮化碳膜，实现了高选择性的锂镁分离。该研究成果以“Congener-welded crystalline carbon nitride membrane for robust and highly selective Li/Mg separation”发表于国际期刊Science Advances上。
研究团队制备了具有埃级孔的结晶型氮化碳（聚三嗪酰亚胺），经超声剥离、真空抽滤得到结晶氮化碳纳米片膜，进一步利用“congener welding”策略在其表面沉积无定形氮化碳，得到界面接触紧密且相容性高的晶体/聚合物复合膜。得益于聚三嗪酰亚胺均匀、窄的孔隙以及孔道内丰富的离子结合位点，复合膜在锂镁分离中表现出色，可从高浓度Mg2+（1.0 M）中筛出极低浓度的Li+（0.002 M），选择比达1708。该工作为设计新型锂镁分离膜提供了新思路，为实现从高镁锂比盐湖高效稳定提锂提出了可行方案。
图1 生物离子通道启发的PTI/PCN复合膜的构筑及离子筛分行为研究
文章第一作者为青岛能源所博士后张媛媛和苏州大学周柯副教授。通讯作者为刘健和高军。第一通讯单位为青岛能源所，第二通讯单位为青岛科技大学。工作获得了国家重点研发计划、山东省自然科学重大基础研究项目、山东省自然科学杰出青年基金、泰山学者计划等项目的支持。（文/图 张媛媛）
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.
来源：中国科学院青岛能源所仿生能源界面技术研究中心
原文链接：https://qibebt.cas.cn/news/zyxw/202406/t20240617_7189514.html
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