背景

近年來，隨著新能源領(lǐng)域的快速發(fā)展，對鋰離子(Li⁺)的需求迅速增長。從鹽湖鹵水中提取鋰離子（Li⁺）是鋰的最重要來源之一。然而，大多數(shù)鹵水中含有高濃度的鎂離子（Mg²⁺），而Li⁺的濃度相對較低，這嚴重阻礙了鋰資源的利用。目前從鹽湖鹵水中提取 Li⁺的首要問題是 Li⁺與 Mg²⁺的選擇性分離較差。在最先進的分離方法中，二維膜技術(shù)在Li⁺/Mg²⁺分離方面表現(xiàn)突出。然而，Li⁺/Mg²⁺分離膜的發(fā)展面臨著滲透性能和選擇性之間的平衡難題。在這種情況下，優(yōu)化膜的微觀結(jié)構(gòu)是打破這種難題并提高分離性能的關(guān)鍵。二維材料，即厚度為單個或幾個原子層的材料，已被廣泛用于制備高分離性能的膜材料。

在這項應用中，作者通過將功能性 ZIF – 8 納米粒子原位沉積到層狀雙氫氧化物（MLDH）膜中框架缺陷的納米孔中，獲得了具有高鋰離子（Li⁺）滲透性和出色穩(wěn)定性復合膜（ZIF – 8@MLDH）。

此外，作者創(chuàng)新性的使用低場核磁設備表征了分離膜的微觀結(jié)構(gòu)，這用傳統(tǒng)的XRD或者電鏡測試是無法實現(xiàn)的，低場核磁設備的應用為深入理解二維膜材料的空間結(jié)構(gòu)提供了新的思路。

低場核磁共振技術(shù)用于表征二維膜材料微觀結(jié)構(gòu)

圖1：水和乙醇攜帶ZIF-8納米粒子做探針的弛豫時間譜圖

該應用用水或乙醇攜帶ZIF-8納米粒子做探針，表征二維材料的的微觀結(jié)構(gòu)。二維材料作為分離膜對物質(zhì)主要有三種作用，首先是納米片層之間的區(qū)域，該區(qū)域空間狹小且冗長，對探針的限制性很大，會導致物質(zhì)的弛豫時間非常短(0.1-10 ms)；其次是納米片缺陷位置區(qū)域，該區(qū)域?qū)μ结樀南拗菩灾械龋谠r間在10 -10³ ms范圍，最后是自由空間，探針在自由空間完全不受限制，弛豫時間較長(103-10?ms)。從圖1我們可以看出，代表納米片層間的0.1-10 ms時域內(nèi)未發(fā)生變化，說明ZIF-8納米粒子沒有沉積在二維材料層之間，
10 -10³ ms時域范圍內(nèi)出現(xiàn)了峰形，意味著ZIF-8納米粒子在二維膜框架的缺陷處發(fā)生了沉積，通過該實驗確定了ZIF-8納米粒子沉積的區(qū)域。

總結(jié)

本應用使用了低場核磁設備表征了分離膜的微觀結(jié)構(gòu)，為二維材料空間結(jié)構(gòu)研究提供了新的思路。

如您對以上應用感興趣，歡迎咨詢：15618820062?

參考文獻

【1】YAHUA LU, RONGKUN ZHOU, NAIXIN WANG, et al. Engineer Nanoscale Defects into Selective Channels?:?MOF-Enhanced Li^+?Separation by Porous Layered Double Hydroxide Membrane. Nano-Micro Lett,2023,15(9):325-336.