由于Li+/Mg2+具有相似的化学性质和结构,其分离一直是Li提取中的一个悬而未决的问题。
近日,华南理工大学魏嫣莹,清华大学王海辉报道了通过引入具有活性磺酸盐中心的聚4-苯乙烯磺酸钠(PSS)堆积MXene纳米片,得到了具有Li+选择性传输通道的二维层流膜。PSS在Na+、K+和Mg2+的混合离子溶液中表现出良好的Li+选择性。
文章要点
1)一方面,通过Ti-OH+Ti-OH→Ti-O-Ti+H2O形成的MXene自交联膜在抑制溶胀通道的同时,缩小了层间距,基于空间位阻效应可以阻挡水化直径较大的二价金属离子。另一方面,具有扭曲的骨架和磺化基团的PSS的引入提供了许多快速跳跃位置,这改善了Li+的运输。
2)这种MXene@PSS复合膜在水溶液中保持了良好的结构稳定性,对Li+/Mg2+的选择性分离性能超过了目前大多数2D层状膜,对Li+/Mg2+的选择性为25。同时,对Li+/Na+和Li+/K+也具有特殊的筛分性能。
3)研究人员通过模拟计算,证实了MXene@PSS复合膜中受限通道尺寸和化学环境对离子渗透行为的协同作用机理。
这种膜结构设计概念进一步扩大了2D层状膜在Li离子回收、精密元件(人工肾脏和视网膜)、传感器(多离子浓度检测器)、纳米流体器件(盐发电、离子二极管器件)等领域的应用。
参考文献
Zong Lu, et al, A Lamellar MXene (Ti3C2Tx)/PSS Composite Membrane for Fast and Selective Lithium-Ion Separation, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108801
https://doi.org/10.1002/anie.202108801