中國(guó)科(kē)技(jì)大(dà)學5月(yuè)23日(rì)訊：近(jìn)日(rì)，中國(guó)科(kē)學技(jì)術(shù)大(dà)學徐銅文(wén)教授團隊在新↓型多(duō)孔材料分(fēn)離(lí)膜精密構築方面取得(de)突破性進展，報(bào)道(dào)了(le)一(yī)種具有(yǒu)多(duō)層次通(tōεng)道(dào)結構的(de)多(duō)孔有(yǒu)機(jī)籠（POC）離(lí)子(zǐ)分(fēn)離(lí)膜。該膜表現(xià₹n)出優異的(de)一(yī)價陽離(lí)子(zǐ)滲透性和(hé)一(yī)/二價離(lí)子(zǐ)選擇性，研究成果以題為(wèi)“Highly Ion-Permselectiv∏e Porous Organic Cage Membranes with Hierarchical Channels&φrdquo;發表在國(guó)際著名期刊Journal of the American Chemical Society上(shàng)（J. Am. Chem. Soc. £2022. DOI: 10.1021/jacs.2c00318）。這(zhè)是(shì)該課題組近(jìn)期提出“離(lí)子(zǐ)精餾&rdquo✘;單元操作(zuò)（AIChE Journal, 2022, 68, e17710.）後，在1-多(duō)價離(lí)€子(zǐ)分(fēn)離(lí)方面的(de)又(yòu)一(yī)重要(yào)成果。

離(lí)子(zǐ)選擇性分(fēn)離(lí)作(zuò)為(wèi)膜分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù)的(de)重₽要(yào)應用(yòng)領域，涉及資源回收再利用(yòng)、能(néng)源轉換與存儲等重要(yào)←化(huà)工(gōng)過程，在鹽湖(hú)提锂、鹽水(shuǐ)精制(zhì)（氯堿工(gōng)業(yè)）、高(gāo)鹽廢水(shuǐ)資源化(huà)、液流電(dià∏n)池和(hé)鹽差能(néng)發電(diàn)等領域均有(yǒu)涉及。面向“雙碳”的(de)國(guó)家(jiā)戰略目标，針對§(duì)節能(néng)減排和(hé)傳統産業(yè)轉型升級等國(guó)家(jiā)重大(dà)需求，離(lí)子(zǐ)分(fēn)離(lí)技(jì)術(shù≤)的(de)進步對(duì)于化(huà)學工(gōng)業(yè)生(shēng)産的(de)可(kě)持續發展具有(yǒu)重要(yào)意義。

為(wèi)了(le)深入研究離(lí)子(zǐ)在限域孔道(dào)內(nèi)的(de)傳質行(xíng)為(wèi)及分(f↕ēn)離(lí)機(jī)理(lǐ)，團隊前期提出以具有(yǒu)規則孔道(dào)結構、骨架結構參數(shù)明(míng)确的(de)多(d™uō)孔連續框架材料為(wèi)模型，在埃米精度下(xià)實現(xiàn)離(lí)子(zǐ)傳輸通(tōng)道(dào)的(de)精确定制(zhì)和(hé)孔道(dγào)性質精密調控，達到(dào)了(le)高(gāo)效、精準的(de)離(lí)子(zǐ)分(fēn)離(lí) 效果；定量化(huà)通(tōng)道(dào)關鍵結構參數(shù)，初步揭示了(le)埃米尺度下(xià)離(lí)子(z↑ǐ)限域傳質機(jī)制(zhì)（J. Membr. Sci., 2020, 615, 118608; Adv. Mate©r., 2021, 33, 2104404.）。

為(wèi)進一(yī)步提升離(lí)子(zǐ)滲透選擇性，團隊通(tōng)過界面生(shēng)長(cháng)策略首次構築了(leΩ)自(zì)具離(lí)散框架結構的(de)POC（CC3）離(lí)子(zǐ)分(fēn)離(lí)膜，研究離(lí)子(zǐ)在多(duō)層次通(tōng)道(dào)中的(de)傳遞β行(xíng)為(wèi)與分(fēn)離(lí)特性。CC3是(shì)一(yī)種具有(yǒu)亞納✘米級窗(chuāng)口和(hé)納米級空(kōng)腔的(de)離(lí)散分(fēn)子(zǐ)，通(tōng)過窗(chuāng)口對(duì)窗(chuāng)口​排列，形成由POC內(nèi)腔和(hé)POC間(jiān)外(wài)腔組成的(de)連續通(tōng)道(dào)。CC3亞納米窗(chuāng)口可(kě)篩分(fēn)一(★yī)/二價離(lí)子(zǐ)，納米空(kōng)腔為(wèi)一(yī)價離(lí)子(zǐ)提供快(kuài)速傳遞途徑，自(zì)具離(lí)散框架結≤構的(de)離(lí)子(zǐ)通(tōng)道(dào)可(kě)降低(dī)離(lí)子(zǐ)與框架壁面碰撞消耗的(de)能(néng)量，促進離(lí)子(zǐ)滲透選擇性 的(de)提升。因此，CC3膜表現(xiàn)出很(hěn)高(gāo)的(de)一(yī)價陽離(lí)子(z'ǐ)滲透速率（1.0 mol m−2 h−1）和(hé)極低(dī)的(de)二↑價陽離(lí)子(zǐ)透過率，實現(xiàn)了(le)高(gāo)的(de)離(lí)子(zǐ)選擇性，比如(rú)K+/Mg2+的(de)選擇性~1031，Na+/ΩMg2+的(de)選擇性~659，Li+/Mg2+的(de)選擇性~283（圖1）。通(tōng)過分(fēn)子(zǐ)動​力學模拟計(jì)算(suàn)了(le)離(lí)子(zǐ)在通(tōng)道(dào)中遷移的(de)自(zì)由能(néng)面，揭示了(le)₩離(lí)子(zǐ)在離(lí)散CC3框架通(tōng)道(dào)中的(de)傳輸路(lù)徑（圖2a）。離(lí)子(zǐ)在CC3通(tōng)道(dào↓)中由一(yī)個(gè)外(wài)腔傳遞到(dào)另一(yī)個(gè)外(wài)腔過程，以不(bù)同的(de)水(shuǐ)合狀态通(tōng)過CC3的(de)窗(chuāng)β口從(cóng)外(wài)腔向內(nèi)腔遷移，傳遞的(de)能(néng)壘順序為(wèi)："K+ < Na+ <Li+ << Mg2+（圖2b）。這(zhè)項工(gō'ng)作(zuò)揭示了(le)離(lí)子(zǐ)在POC離(lí)散框架通(tōng)道(dào)中的(de)傳遞特性，為(wè i)開(kāi)發高(gāo)離(lí)子(zǐ)滲透選擇性分(fēn)離(lí)膜提供了(le)理(lǐ)論指導。

圖1 CC3膜的(de)一(yī)/二價離(lí)子(zǐ)分(fēn)離(lí)性能(néng)

圖2 離(lí)子(zǐ)在CC3通(tōng)道(dào)中的(de)傳遞軌迹

中國(guó)科(kē)學技(jì)術(shù)大(dà)學徐婷婷博士，安徽大(dà)學伍斌副教授和(hé)侯林(lín)逍博士為(wèi)該文(wén)章(zhāng)的(de)共同第©一(yī)作(zuò)者，李興亞副研究員(yuán)、葛亮(liàng)副研究員(yuán)和(hé)徐銅文(wén)教授為(wèi)共同通(tōng)訊作(zuò)者。該研究工(πgōng)作(zuò)得(de)到(dào)國(guó)家(jiā)重點研發計(jì)劃項目、國(guó)家(jiā)自(zì)然科(kē)學基金≈(jīn)等專項經費(fèi)的(de)資助。