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科研人員研發(fā)出新型仿生離子篩分材料

文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-04-25 14:26:32

自然界中，生物離子通道能夠精準篩分離子。這激發(fā)了研究人員構(gòu)筑仿生離子篩分材料的靈感。這些材料可以分離一種陽離子跟其他陽離子，也能夠?qū)⒁环N陰離子跟其他陰離子分開，廣泛應用于化工和環(huán)境領(lǐng)域。用于分離陽離子的材料一般傳輸陰離子慢，而用于分離陰離子的材料則傳輸陽離子慢。也就是說，這些材料往往會同時將陰離子跟陽離子分開。陰陽離子帶相反的電荷，導致在分離過程中難以實現(xiàn)陰陽離子的協(xié)同傳輸，造成分離材料兩側(cè)電荷不平衡，抑制離子傳輸效率。

　　中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員高軍與青島大學教授隨欣、副教授劉學麗帶領(lǐng)的研究團隊，致力于仿生離子篩分材料研究。團隊發(fā)現(xiàn)，名為陽離子-氯化物協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白的生物離子傳輸?shù)鞍踪|(zhì)，能夠分離堿金屬陽離子與其他陽離子，亦可以分離氯離子與陰離子，并同時保持同等速率傳輸，從而保持電荷平衡。基于這一發(fā)現(xiàn)，近期，團隊聯(lián)合開發(fā)了帶季胺基團的多孔有機框架薄膜。這一薄膜具有與生物類似的離子傳輸特性，且結(jié)構(gòu)無序，孔徑非常小，可通過尺寸排阻效應篩分出小尺寸的堿金屬離子和氯離子，同時排阻其他陰陽離子通過。該薄膜親水性強、電性很弱、無明顯電荷選擇性，并能夠以相同速率傳輸堿金屬離子和氯離子。

　　在鎂鋰分離實驗中，該薄膜展現(xiàn)出優(yōu)異的通量與選擇性，可抑制電荷不平衡問題。由于該類膜傳輸堿金屬離子和氯離子的速率接近，因此團隊通過在溶液中加入大量廉價氯離子以加速高價值堿金屬離子的傳輸，進一步提升了提鋰性能。

　　相關(guān)研究成果以Artificial Cation-Chloride Co-transporters for Chloride-Facilitated Lithium/Magnesium Separation為題，發(fā)表在《德國應用化學》上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等的支持。

仿生陽離子-氯化物協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白的構(gòu)建

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