清华大学化工系膜技术与工程研究中心3月6日讯：

研究简介

离子选择性膜在各种化学和生理过程中起到至关重要的作用。目前大量的研究记录的是单价/多价离子分离膜，但对于单价/单价离子的值相等且半径相似的研究甚少，所以通过相应的膜有效筛选单价/单价阳离子仍然是一个主要挑战。本文讨论了二维（2D）MXene膜，该膜具有超排列的狭缝形状纳米通道，对单价离子，特别是对Li+具有非常高的选择透过性。MXene膜制备采用Rakel/Doctor Bading技术，在液晶（LC）MXene分散体上应用剪切力，从而实现MXene纳米片的高阶堆叠。所获得的LC MXene膜（LCMM）表现出非常高的选择性，可分离Li+/Na+、Li+/K+和Li+/Rb+（≈45，≈49和≈59），并结合快速Li+运输，渗透率约为0.35molm-2h-1，超过了目前已知的膜。理论计算表明，在MXene纳米通道中，四倍水合的Li+在四面体几何形状中具有单离子中最小的直径，这有助于获得最大的迁移率。此外，发现水合的Li+离子和MXene通道之间的相互作用最弱，这也有助于Li+在超整齐MXene通道中的快速渗透。这项工作证明了MXene膜分离单价离子的能力，同时为生产片状膜提供了一种简单而通用的放大策略。

全文导读

图1. 准备好LCMM（a）通过剪切使用Rakel/Doctor刀片技术和由此产生的分离机制的LC MXene纳米片分散体制造LCMM的示意图。（b）MXene纳米片扫描电子显微镜（REM）图像和（c）基于200纳米片的大小分布。（d）MXene纳米片分散体的极化显微镜，浓度为5，10，15和20mg ml-1，导致从各向同性到列型状态。（e）粘度与剪切速率在不同浓度的MXene纳米板分散体。（f）粘性LC—MXene分散体的数字照片，用于15mg ml-1和（g）以这种方式制备的LCMM。

总结

本文制备的LC–MXene膜表现出对Li+的超快和选择性传输，因此表现出优异的Li+/M+分离性能。理论计算表明，水合离子与MXene通道的相互作用和孔隙的有限2D几何形状是选择性Li+传输的关键。MXene纳米片的完美堆叠和由此产生的完美孔结构解释了高Li+传输速率。作者表明，所提出的策略通常适用于片层膜的生产。纳米片与2D薄片膜的可控堆叠为纳米流体离子传输和高效分子筛选开辟了巨大的可能性。（本刊有删节）详情见清华大学化工系膜技术与工程研究中心官网

论文信息

Lingzhi Huang , Haoyu Wu , Li Ding , Jürgen Caro , und Haihui Wang

Lamellare MXene-Membranen für das Ionen-Sieben mit superausgerichteten Nanokanälen durch das Scheren flüssigkristalliner MXene-Suspensionen

Angewandte Chemie  2024