纳米人-Angew：通过冠醚柱埃通道的高选择性锂传输

Angew：通过冠醚柱埃通道的高选择性锂传输

Nanoyu Nanoyu 2024-01-03

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生物离子通道利用多种策略的协同作用来实现高选择性离子筛分。例如，钾通道利用官能团和埃大小的孔来区分竞争离子并富集目标离子。

在这项工作中，中国科学院青岛生物能源与过程技术研究所Jun Gao，温州大学Nannan Liu，青岛大学Xueli Liu展示了一种仿生策略，通过将尺寸排阻、特定相互作用和离子富集效应结合到层状二维材料中来实现高Li+选择性。

文章要点

1）研究人员通过将1-Aza-15-crown-5(A15C5)嵌入层状氢氧化硝酸锌(ZHN)晶体中来实现这一目标。与二维层状材料相比，ZHN是一种难以剥离的材料。通常，二维层状材料容易在水中膨胀，从而损害离子选择性。ZHN的难以剥落的特性将降低肿胀的风险并有助于离子筛分。

2）A15C5和插层ZHN具有埃级孔隙/通道，排斥比水合Li⁺更大的水合离子。此外，插入的A15C5可以区分Na⁺和Mg²⁺。因此，所制备的材料对Li⁺对Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Al³⁺等常见离子具有选择性，当Li⁺、Na⁺和Mg²⁺的摩尔浓度达到一定浓度时，表现出中等的Li⁺/Na⁺选择性和高的Li⁺/Mg²⁺选择性是相同的。然而，当Li+浓度急剧下降时，ZHN通道仍然高度吸引和富集Li⁺，阻碍Li⁺通量的下降。因此，我们的通道的有效选择性随着Li⁺浓度的降低而增加。在Li⁺浓度为25μM、Na⁺浓度为0.5M的人造海水中，通道显示出有效的Li⁺/Na⁺选择性为1422。