有機電化學離子提取研究獲進展

低鋰品位鹵水具有高鈉、高鉀、高鎂等特點，導致傳統吸附材料在提鋰應用中存在容量低、選擇性差、速率慢等問題。中國科學院青海鹽湖研究所研究團隊創新性地提出電活性有機分子離子吸附材料在鹽湖鹵水資源提取中的應用，基于有機分子活性官能團多、空間和電子結構可調控的特性，實現離子的選擇性傳輸與配位，達到鋰離子的高容量選擇性提取。

針對高容量有機小分子電極因離子插層體積膨脹導致結構坍塌失穩的科學挑戰，研究團隊提出基于分子間作用力網絡構筑穩定晶體結構的新思路。以吩嗪為模型體系，研究證實正交垂直的分子堆疊方式可形成強分子間作用力網絡和具有離子選擇性的納米孔道。該結構不僅能有效抑制體積膨脹帶來的機械失效問題，同時其產生的親鋰孔道在原子尺度對單價金屬離子具有優先傳輸與選擇性性能，選擇性提鋰容量高達109mg/g。

該研究原創性地揭示了分子堆疊微結構與電極材料的宏觀電化學穩定性和離子選擇性之間的內在物理化學規律，為設計新一代兼具高穩定性、高選擇性、高通量的有機電化學離子捕獲材料奠定了重要理論基礎。

相關研究成果以Molecular Stacking Patterns Enhance Organic Small-Molecule Electrochemical Stability and Enable Ion Separation為題，發表在《納米快報》（Nano?Letters）上。

在鹵水資源電化學提取過程中，需兼顧電中性原則，因此高效提取伴生陰離子同樣重要。聚苯胺（PANI）憑借優異的導電性和可逆摻雜特性，廣泛應用于能源存儲、環境凈化和離子分離等領域。然而，傳統PANI因氮活性位點利用率低、微宏觀構效關系不明確等問題，限制了其在高性能電化學脫鹽中的應用。

研究團隊發現聚合電位是調控PANI微觀結構（如聚合度、鏈結構、缺陷類型）的關鍵參數。通過原位電化學光譜等手段論證，采用“低電位”策略可有效抑制偶聯副反應，制備出含納米尖端的低聚度線性結構PANI。該獨特結構顯著提升了含氮位點的暴露效率和可接近性，從而實現了突破性的吸附性能：氯離子吸附容量高達339mg/g，鈉離子吸附容量達142mg/g。該研究顯著推動了結構可控聚合物的設計及其在電化學分離中的應用。

相關研究成果以Nanotip linear polyaniline grown at low voltage delivers record ion extraction for seawater desalination為題，發表在《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。

研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、青海省“昆侖英才”行動計劃等的支持。

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