鋰作為全球能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵金屬，其需求激增與儲(chǔ)量有限的矛盾日益凸顯。從非常規(guī)水源中高效、可持續(xù)地提取鋰資源已成為行業(yè)焦點(diǎn)，而核心難題在于如何從化學(xué)性質(zhì)極其相似的鈉離子和鉀離子中精準(zhǔn)分離出鋰離子。英國(guó)《自然·水》（Nature Water）近期發(fā)表的研究成果展示了一種受生物啟發(fā)的解決方案：利用金屬有機(jī)框架（MOF）基離子選擇性玻璃復(fù)合膜（ISGC），成功實(shí)現(xiàn)了高選擇性的鋰離子富集。

該研究團(tuán)隊(duì)受生物體內(nèi)鈉鉀共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的啟發(fā)，這些蛋白通過選擇性孔隙調(diào)節(jié)離子運(yùn)輸。研究人員采用熔融淬火技術(shù)，將可玻璃化的沸石咪唑酯骨架62（ZIF-62）與熱穩(wěn)定性ZIF-8結(jié)合，制備出具有受限亞納米通道的復(fù)合膜。分子動(dòng)力學(xué)模擬證實(shí)，這些通道通過耦合的脫水 - 水合效應(yīng)以及微弱的離子-MOF相互作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單價(jià)陽離子的精準(zhǔn)甄別。

在二元混合體系中，該膜（ag[(ZIF-62)0.7(ZIF-8)0.3]）在1:1進(jìn)料比下，對(duì)鉀/鋰和鈉/鋰的選擇性分別高達(dá)185和53.3。更令人矚目的是，即使在鉀離子過量10倍的極端條件下，鉀/鋰選擇性仍維持在約10的高水平。在含多種離子的鹵水中，選擇性進(jìn)一步提升，鉀/鋰和鈉/鋰的選擇性分別達(dá)到410和80。

亞納米通道如何實(shí)現(xiàn)離子精準(zhǔn)篩分

這一突破的核心在于膜材料獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)膜材料往往難以在孔徑極小的情況下同時(shí)兼顧通量和選擇性，而該研究利用MOF玻璃形成的亞納米級(jí)通道，利用離子水合半徑的差異進(jìn)行物理篩分。當(dāng)離子進(jìn)入通道時(shí)，必須脫去部分水分子才能通過，這一過程需要克服能量勢(shì)壘。由于鋰離子的水合能較高，其脫水過程在特定通道尺寸下受到抑制，而較大的鉀、鈉離子則因空間位阻或相互作用力不同被有效阻擋或延遲，從而實(shí)現(xiàn)了基于物理化學(xué)機(jī)制的高選擇性分離。

研究團(tuán)隊(duì)不僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，更成功將膜技術(shù)放大為適用于錯(cuò)流操作的堅(jiān)固圓盤 - 管式模塊。在模擬鹽湖鹵水的測(cè)試中，該模塊將鋰離子濃度富集至64.6克/升，并直接沉淀出電池級(jí)碳酸鋰，能耗僅為1.02千瓦時(shí)/千克。這一數(shù)據(jù)表明，該技術(shù)在工程化應(yīng)用上具有極高的能效潛力，有望大幅降低傳統(tǒng)鹽湖提鋰的高能耗痛點(diǎn)。

英國(guó)及歐洲地區(qū)在膜分離技術(shù)基礎(chǔ)研究中處于領(lǐng)先地位，但將實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)級(jí)模塊往往面臨巨大的工程挑戰(zhàn)。此次研究通過材料創(chuàng)新與工程設(shè)計(jì)的結(jié)合，展示了從分子層面離子甄別到規(guī)?；こ虘?yīng)用的完整路徑，為水系統(tǒng)和能源系統(tǒng)中的選擇性離子分離提供了變革性平臺(tái)。

對(duì)于中國(guó)而言，作為全球Zui大的鋰消費(fèi)國(guó)和主要的電池制造基地，鹽湖提鋰技術(shù)的能效提升直接關(guān)系到產(chǎn)業(yè)鏈的競(jìng)爭(zhēng)力。該成果所揭示的亞納米通道篩分機(jī)制，為國(guó)內(nèi)研發(fā)機(jī)構(gòu)提供了新的材料設(shè)計(jì)思路，特別是在降低提鋰能耗和減少化學(xué)藥劑使用方面具有借鑒意義，有望推動(dòng)國(guó)產(chǎn)膜材料在高端鹽湖開發(fā)中的規(guī)?；瘧?yīng)用。