Angew：层状Mxene(Ti3C2Tx)/PSS复合膜快速选择性锂离子分离

Nanoyu

2021-08-12

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 (Ti₃C₂T_x)/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