近日，中國科學(xué)院青海鹽湖研究所離子吸附科學(xué)與技術(shù)課題組在電化學(xué)離子提取領(lǐng)域取得新進展。研究團隊針對低鋰品位鹵水具有高鈉、高鉀、高鎂等特點，導(dǎo)致傳統(tǒng)吸附材料在提鋰應(yīng)用中存在容量低、選擇性差、速率慢等問題，創(chuàng)新性地提出電活性有機分子離子吸附材料在鹽湖鹵水資源提取中的應(yīng)用，基于有機分子活性官能團多、空間和電子結(jié)構(gòu)可調(diào)控的特性，實現(xiàn)離子的選擇性傳輸與配位，達到鋰離子的高容量選擇性提取。

針對高容量有機小分子電極因離子插層體積膨脹導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌失穩(wěn)的科學(xué)挑戰(zhàn)，研究團隊開創(chuàng)性地提出基于分子間作用力網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)的新思路。以吩嗪為模型體系，研究證實正交垂直的分子堆疊方式可形成強分子間作用力網(wǎng)絡(luò)和具有離子選擇性的納米孔道。該結(jié)構(gòu)不僅能有效抑制體積膨脹帶來的機械失效問題，同時其產(chǎn)生的親鋰孔道在原子尺度對單價金屬離子（Li）具有優(yōu)先傳輸與選擇性性能，選擇性提鋰容量高達109 mg/g。該工作原創(chuàng)性地揭示了分子堆疊微結(jié)構(gòu)與電極材料的宏觀電化學(xué)穩(wěn)定性和離子選擇性之間的內(nèi)在物理化學(xué)規(guī)律，為設(shè)計新一代兼具高穩(wěn)定性、高選擇性、高通量的有機電化學(xué)離子捕獲材料奠定了重要理論基礎(chǔ)。

圖 1 區(qū)別于平行堆積結(jié)構(gòu)，正交垂直構(gòu)型的吩嗪具備強分子間作用力網(wǎng)絡(luò)

在鹵水資源電化學(xué)提取過程中，需兼顧電中性原則，因此高效提取伴生陰離子同樣重要。聚苯胺（PANI）憑借優(yōu)異的導(dǎo)電性和可逆摻雜特性，廣泛應(yīng)用于能源存儲、環(huán)境凈化和離子分離等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)PANI因氮活性位點利用率低、微宏觀構(gòu)效關(guān)系不明確等問題，限制了其在高性能電化學(xué)脫鹽中的應(yīng)用。研究團隊創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)聚合電位是調(diào)控其微觀結(jié)構(gòu)（如聚合度、鏈結(jié)構(gòu)、缺陷類型）的關(guān)鍵參數(shù)。通過原位電化學(xué)光譜等手段論證，采用“低電位”策略可有效抑制偶聯(lián)副反應(yīng)，制備出含納米尖端的低聚度線性結(jié)構(gòu)聚苯胺。該獨特結(jié)構(gòu)顯著提升了含氮位點的暴露效率和可接近性：實現(xiàn)突破性高容量氯離子吸附（Cl容量達339 mg/g）和鈉離子吸附（142 mg/g）。該工作顯著推動了結(jié)構(gòu)可控聚合物的設(shè)計及其在電化學(xué)分離中的應(yīng)用。

圖 2 低電位聚苯胺具備線性微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu)

上述研究得到中國科學(xué)院先導(dǎo)B項目(GrantXDB?1130301)、國家自然科學(xué)基金青年項目?(22205147)、青海省青年基金?(2024-ZJ-952)、中國科學(xué)院青促會?(2023450)、青海省昆侖英才等項目的資助。

文章信息

• ?Nano letters,2025,25 (37),13900-13908.

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03784

• ?Chemical Engineering Journal,2025,168274.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168274

審核：葛飛