跟着环球电气化过程加快，锂资源的策略价格接续攀升，饱舞盐湖提锂工夫一直迈向高效、低碳的新阶段。近年来，盘绕能量自驱动、界面功效调控与膜离散深化等中央机途，科研团队提出了众项冲破性政策。比方，基于Gibbs-Donnan平均驱动机制，商量职员构修了一种自觉提锂体例，调和锂拣选性陶瓷膜与氯化物电极，不只实行了1.6 Wh/mol的净能量输出，还可安闲运转抢先300小时；而一种复合非对称非织制布质料则通过定向液体传输与离子筛颗粒协同感化，将提锂能耗降至仅1.631 J/mgLi，改革了能效记录；别的，采用三嗪组织的共价有机框架膜，通过构修离子脱水能阱与磺酸盐跳跃传导途径，正在电渗析条目下获胜实行镁离子零浸透，并得回99.3%的高纯碳酸锂。这些前沿探究不只明显下降了古板工艺的能耗壁垒，也为构修绿色、可接续的锂资源供应链供给了症结维持。
正在“双碳”策略引颈下，电动化与储能家当焕发兴盛，锂资源行为中央质料的紧张性接续攀升。然而，古板的锂提取体例正面对空前绝后的挑衅。以卤水蒸发为例，动辄数月的提取周期和强壮的水资源耗费，不只功用低下，还对生态情况变成强壮压力；矿石提锂固然产能可控，但其高能耗、高污染的特质，已难以维持将来绿色供应链的兴盛需求。面临这一瓶颈，越来越众商量者最先将眼神投向更高效、更环保的直接提锂工夫，囊括离子换取、溶剂萃取等门径，虽然这些工夫正在实行室阶段展现出优秀潜力，但正在本质运用中却受到工艺庞杂、本钱高企、放大坚苦等限度。
正在诸众新兴途径中，基于膜离散的电化学提锂工夫因其具备连接操作、无需化学增添剂、情况友谊等明显上风而备受合怀。然而，目今相干工夫照样存正在两个症结题目亟待冲破：其一，老例纳滤膜孔径难以实行对Li⁺与Na⁺、Mg⊃2;⁺等离子的有用分别，离散拣选性亏损；其二，采用固态电解质膜实行电渗析操作时，为克制高电阻日常需施加较高电压，导致体例整个能耗偏高，难以分身经济性和可接续性。
针对这一系列挑衅，斯坦福大学质料科学与工程系崔屹教化团队提出了一种倾覆性的治理计划：通过缉捕并行使离子离散流程自己蕴藏的“浸透能”，构修出一个无需外部供能、还能反向输出电能的全新提锂体例。这项工夫的中央革新正在于，他们提出了一个基于Gibbs-Donnan道理的热力学模子，初次从外面上定量揭示了反离子浓度差可驱动自觉锂离子转移的性质机制，从而粉碎了“离子离散必需耗能”的古板认知壁垒。
更具冲破性的是，商量团队进一步将锂拣选性Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 (LAGP)陶瓷膜与Ag/AgCl氧化还原电极体例有机整合，构修了首个可实行锂离散与能量接纳并行的一体化提锂装备。实行外明，该体例正在运转抢先300小时后，照旧坚持优异安闲性，浮现出高达450的Li/Mg拣选性与贴近100%的法拉第功用，更紧张的是，每提取1 mol锂离子可同时输出1.6 Wh molLi−，真正实行了“边提锂、边发电”的能量正收益流程。
这项成就不只正在工夫道理上加添了离子离散“正能量输出”机制的空缺，也正在工程实行中验证了其界限化可行性，为低能耗、低排放乃至负碳排放的资源接纳途径供给了紧张维持。更深远的道理正在于，它开拓咱们——能源不只可被耗费，也可被重构与再生，离子离散流程自己，也许恰是被忽略的能源“暗金矿”。该职业楬橥于邦际着名期刊Nature Water上。
锂，行为驱动新能源革命和当代科技前进的症结策略资源，正面对空前绝后的需求顶峰。然而，古板提锂工夫正在功用、能耗和情况影响等方面的限度，正日益显露。一方面，矿石提锂受限于资源禀赋和地舆分散，另一方面，储量更为丰裕的海水和盐湖卤水固然潜力强壮，却因锂浓度低、镁锂离散难等题目，提取流程庞杂且本钱高亢。这使得拓荒新一代高效、节能、低碳的锂提取工夫成为目今环球质料与能源界限的商量热门。
受到植物“毛细水上升”情景的策动，近年来，仿生水输运机制成为膜离散与质料打算界限的商量前沿。科学家们通过构修非对称润湿性界面，拓荒出一类具备自驱动液体传输功效的新型离散膜，其范例组织为“上亲水-下疏水”梯度层，液体正在无外加电力或压力的情景下即可实行定向滚动。这一机制正在海水淡化（因袭植物蒸腾）、智能伤口敷料（指导渗液排出）、微流控芯片打算以至构制工程与功效性纺织品中都浮现出空阔的运用前景。而正在离子离散界限，通过调控膜质料的孔径组织与轮廓化学基团，更希望实行对特定离子的拣选性识别与富集，为洁净提锂供给全新思绪。
正在这一靠山下，上海科技大学刘巍教化团队拓荒出一种具有定向水传输本领的复合过错称非织制布膜（Composite Asymmetric Nonwoven，CAN），正在无需外部供能的条目下实行了锂离子的高效提取。该膜由上下两层构成：基层为富含锂离子筛（钛酸锂，Li4T5O12）颗粒的疏水层，上层为亲水层。当含锂的溶液接触疏水面时，正在重力与毛细力的耦合感化下，液体能穿透膜层并正在亲水面“止步”，实行单向液体滚动与锂拣选性吸附。实行注明，该体例正在提取1 mg锂离子的流程中，仅耗费1.631 J能量，远低于电渗析（约50 J/mg）和纳滤（约10 J/mg）等主流工夫，显示出极高的能效上风。
进一步商量创造，CAN正在水分传输行径方面展现出显着非对称性。实行结果显示，亲水侧可正在24秒内吸水率速速升至660%，而疏水侧则坚持安闲正在约30%。这一梯度组织确保了流体单向转移，有用避免反渗情景。正在组织优化方面，团队通过调控PVDF@LTO层的基重（优化为6 g/m⊃2;）和LTO颗粒负载量（独揽正在80 wt%）实行了膜的板滞强度（抗拉强度约7 MPa）与传输功用之间的平均。
正在本质运用中，CAN膜需先经0.2 M盐酸活化，以开释原始质料中的锂离子位点。正在碱性条目（pH=12）和初始锂离子浓度400 mg/L下，CAN展现出优异的锂吸附机能，到达30.556 mg/m⊃2;的平均吸附容量，且对锂离子的拣选性明显优于Na⁺与K⁺。吸附流程适宜准二级动力学模子（R⊃2; = 0.999），注明该流程以化学吸附为主导机制。更值得留神的是，CAN正在体验9轮吸脱轮回后，照旧坚持93.4%的吸附机能，浮现出优秀的安闲性与可反复操纵潜力。
综上，该商量通过引入仿生输运理念，构修了一种无需外加电力即可高效拣选性提锂的纤维膜体例，不只正在节能减排方面上风显着，也为将来构修低本钱、高功用的锂资源接纳系统供给了紧张工夫维持。行为一种兼具质料智能性与工程可行性的新型膜离散平台，CAN浮现出正在新能源质料提取、绿色创制与资源接纳等众个目标的空阔运用前景。
共价有机框架（COFs）是一类由有机单体通过共价键相联变成的高度有序众孔晶体质料，近年来正在能源与情况等界限浮现出强壮潜力。得益于其可打算性强、孔组织安闲、化学功效众样等上风，COFs正在气体离散、催化反映、光电转换、储能器件与水措置等场景中广受合怀。
一方面，COFs具备可调控的孔径和组织，比轮廓积大、孔道丰裕，有利于分子筛分和宗旨物富集；另一方面，其分子组织可预测、化学性子可定制，通过功效基团化妆或许精准调控亲疏水性、离子亲和性及电子传导机能。同时，COFs还具有低密度、高热与化学安闲性，正在庞杂情况中仍可长久坚持组织完备与机能安闲。
正在环球能源组织加快转型确当下，锂行为新能源系统的“白色石油”，其高效、绿色的提取体例正成为策略科技比赛的前沿主旨。加倍是正在盐湖卤水等储量丰裕的资源系统中，极高的镁锂比（Mg⊃2;⁺/Li⁺）带来了极大工夫挑衅：何如从庞杂靠山当选择性提取出Li⁺，成为限制家当功用的症结瓶颈。古板膜离散工夫正在高盐系统中往往难以分身拣选性与能效，急需新型质料介入。而正在这一靠山下， COFs依靠其“组织可编程”上风速速崭露头角，成为冲破高镁锂比离散困难的紧张候选。
受自然界生物离子通道的策动，商量职员创造，细胞膜中的钠离子通道可依靠精良的孔径打算和电荷分散，实行对离子的“精准筛选”——纵然钠钾巨细附近，也能高效分别。这一机制开拓科学家：假如能正在人工质料中构修出具有好像“识别精度”的孔道体例，或可明显提拔Li⁺/Mg⊃2;⁺离散恶果。于是，通过对COFs质料中孔道尺寸、轮廓化学、亲水性等组织参数的协同调控，构修类生物识别情况，已成为锂离散商量中的全新思绪，也预示着高拣选性、低能耗的提锂途径正逐渐走向实际。正在锂资源提取这一环球性挑衅中，COFs正浮现出其“组织可编程”上风。锂行为新能源系统的症结资源，其高效提取与离散已成为应对能源转型的策略前沿。然而，正在盐湖卤水等丰裕的资源系统中，因为镁锂比（Mg⊃2;⁺/Li⁺）极高，何如实行高效、低能耗、高拣选性的Li⁺离散成为亟待治理的工夫困难。
鉴于此，浙江大学化学工程与生物工程学院张庆华教化团队拓荒出一种革新的三嗪共价有机框架膜（TAT-TP-P COF），通过邃密调控膜内孔径尺寸与化学亲和性情，实行了正在Mg⊃2;⁺靠山下对Li⁺的高拣选性离散。其中央革新正在于：
1.构修“负电情况”+“能量阱”组织：膜孔内引入三嗪基团与磺酸基团，三嗪的偶极感化与磺酸的电负性合伙变成能量阱，优先搜捕带+2价电荷、易脱水的Mg⊃2;⁺，禁止其通行；
2. 保存Li⁺水合壳层，实行急速“跳跃传输”：对Li⁺则通过“水合层珍爱+侧链指导”体例，绕开电荷排斥，实行高通量拣选性传输。
通过密度泛函外面（DFT）准备和紫外-可睹光谱（UV/Vis）判辨，商量团队验证了三嗪基团和磺酸基团对Li+和Mg2+的差异亲和力。实行采用透析扩散法测试了COF膜正在0.1 M盐溶液中的离子浸透速度，结果显示TAT-TP-P膜对Li+的浸透速度明显抬高（224.8 ± 8.6 mmol·m-2·h-1），而对Mg2+的浸透速度极低，实行了高达823的Li+/Mg2+拣选性。别的，正在差异浓度梯度下的测试中，TAT-TP-P膜正在高盐条目下仍展现出优异的离散机能。
正在模仿工业条目的电渗析实行中，TAT-TP-P膜浮现了高效的锂提取本领，Li+的传输速度高达0.56 mol·m−2·h−1，而Mg2+的浓度低于仪器检测限。通过分子动力学（MD）模仿，商量团队进一步揭示了Li+和Mg2+正在膜孔道中的传输机制：Li+通过磺酸侧链的摆动实行急速跳跃传输，而局限脱水的Mg2+则因更强的静电互相感化被搜捕正在能量阱中，无法通过膜孔。
本项商量以组织仿生+功效分子打算为基本，打制了一种正在高盐、高镁情况下照旧具备极高拣选性的COF膜质料，为下一代高效锂提取工夫供给了可工业化途径。更紧张的是，该打算政策可扩展至钙/锂、钠/钾等众种离子系统，将来希望广博运用于洁净能源质料制备、工业废液接纳与高端电解质提纯等界限。
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原题目：《众项冲破！Nature Water, Matter, Angew自觉驱动与膜离散协同感化：盐湖提锂的能量优化与拣选性冲破》
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