高分子科技9月30日讯：日益增长的对能储材料的需求使得从盐湖、卤水和海水中提取一价阳离子变得更为迫切。特别是对锂电池的需求不断增长，激发了科研工作者们对从含有K+，Na+，Li+或Mg2+的离子混合体系中提取Li+的兴趣。Li+和Mg2+的尺寸和电荷差异明显，众多可实现Li+/Mg2+有效分离的工作已被报道。然而，相同的价态、亚纳米级的离子尺寸，以及不同一价离子之间的埃级差异（<2 ?），使得从一价阳离子混合体系中提取Li+成为最具挑战性的课题之一。目前最先进的材料展现出相对较低（<5）的Li+/Na+和Li+/K+分离因子，这远不能令人满意。

图1 界面聚合过程中溶剂影响自支撑COF膜的合成和筛分性能

近期，中国科学技术大学环境科学与工程系刘江涛教授团队通过界面聚合溶剂调控从相同的醛和氨单体制备了两种不同的自支撑共价有机框架(COF)薄膜（图1）。调控COF孔通道从随机排列变为垂直排列，COF膜的分离精度得到极大提高。亚纳米孔径，垂直孔通道，优异的孔环境和柔韧性，本研究首次将自支撑COF膜的应用拓展至一价阳离子筛分领域并成功实现盐湖提锂。

在限域通道内，归因于孔口筛分作用和孔内的离子-通道壁相互作用（图2），具有垂直排列的孔通道和微米级堆积厚度的COF膜可助力Li+快速传输，Li+/K+和Li+/Na+的选择性分别可达38.7和7.2。该研究不仅揭示了溶剂调控COF膜取向和层堆叠的机制，而且为开发Li+离子富集膜提供了有力方向。该工作以“Covalent Organic Framework Membranes with Regulated Orientation for Monovalent Cation Sieving”为题发表在《ACS Nano》上。文章第一作者是中国科学技术大学博士生孙倩。该研究得到了国家重点研发计划、国家青年人才计划、国家自然科学基金、双一流中央高校科研基金等项目的支持。（本刊有删节）

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c10558