近年來，隨著電動汽車與電子產品行業(yè)的迅猛發(fā)展，儲能材料鋰的需求量與日俱增，行業(yè)機構預測2022年全球鋰電銅箔需求量可達38.75萬噸；2025年全球鋰電銅箔需求量將達到76.82萬噸。然而，64%以上的鋰礦資源存在于鹵水中（鋰濃度：200～700 ppm），目前采用的鹵水中富集鋰方法為自然蒸發(fā)結合化學沉降，操作周期一般為1~2年且耗費大量的化學試劑。面對著需求暴增的下游市場，尋找新的提鋰策略具有十分巨大的經濟意義。
三維多孔有機框架（3D POFs）理論上比二維多孔有機框架（2D POFs）具有更開闊、更靈活的傳質空間，有利于客體物質在其內部進行傳輸。但實際上，3D POFs框架會因構筑單體間發(fā)生結構互穿，導致內部孔穴尺寸變小，反而不利于物質在其內部運動。東北師范大學朱廣山教授和元野教授團隊借助柔性機械互鎖分子作為建筑單體，破壞了傳統(tǒng)三維多孔有機框架的骨架互穿，制備了一種冠醚機械互鎖的三維多孔有機框架（3D-Crown-POF），3D-Crown-POF中冠醚環(huán)和吡啶片段分別提供四個冠醚O原子和一個吡啶N原子與鋰離子配位，表現出高的鋰離子特異性吸附作用。此外，每個POF結構片段上含有四個N原子，在保留鋰離子穩(wěn)定的配位結構的同時，有利于離子沿骨架的翻轉和穿梭運動，進而實現對鋰離子的選擇性傳輸。 隨后，作者將3D-Crown-POF作為多孔填料與商用高分子PDMS互混，均勻的涂覆在PFSA膜上制備了復合基質膜。由于3D-Crown-POF骨架顯示出快速率、高選擇性的鋰離子吸附性能，其復合基質膜具備了優(yōu)異的Li+離子特異性傳輸能力。除此之外，由于PFSA膜本身具有脫除水合離子的能力，3D-Crown-POF復合基質膜表現出了鋰離子整流性能，整流效率（ICR）高達80.9。該工作在高鎂/鋰比鹵水中鋰離子的定向富集領域具有重要意義。 論文信息 Constructing Mechanical Shuttles in a Three-dimensional(3D) Porous Architecture for Selective Transport of Lithium Ions Xianghui Ruan, Cheng Zhang, Yuzhang Zhu, Fuli Cai, Yajie Yang, Jiahui Feng, Xujiao Ma, Yue Zheng, Huanhuan Li, Ye Yuan, and Guangshan Zhu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202216549
