一、文章概述

由于Li+/Mg2+具有相似的化學性質和結構，Li+/Mg2+的分離一直是鋰萃取過程中懸而未決的問題。文章通過引入具有活性磺酸鈉位點的聚4-苯乙烯磺酸鈉(PSS)，將MXene納米片堆疊成具有Li+選擇性輸運通道的二維層狀膜，該膜在Na+、K+和Mg2+離子混合溶液中表現(xiàn)出良好的Li+選擇性。通過MXene@PSS復合膜，Li+的滲透速率高達0.08 mol m-2 h-1, Li+/ Mg2+、Li+/ Na+和Li+/K+的選擇性分別為28、15.5和12.7。結合模擬和實驗結果，進一步證實了部分脫水Li+在亞納米通道內的高選擇性快速輸運歸因于精確控制的層間距和相對較弱的離子-末端(- so3 -)相互作用。作者研究加深了對離子在封閉通道中選擇性滲透的認識，為傳感器、生物膜模塊、納米流體器件等提供了一個具有特異性的通用膜設計概念。

二、圖文導讀

圖1.Li+在MXene/PSS復合膜中的快速傳輸亞納米通道示意圖。

圖2.a)單層MXene納米片的AFM圖像。比例尺:500 nm，插入:沉積在AAO襯底上的MXene納米片的SEM圖像。比例尺:1 μm。b) MXene納米片的TEM圖像。比尺:200 nm，插入:計算機生成的圖像，通過反FFT和FFT模式后去除背景噪聲。c) MXene@PSS膜截面的SEM和TEM圖像。比例尺:10 μm。給出了元素分布和層間間距分析。d)原始MXene膜和MXene@PSS膜在干濕狀態(tài)下的XRD結果比較。

圖3.MXene@PSS復合膜在單一和混合鹽溶液體系中的離子滲透。a) MXene@PSS復合膜的pss -依賴型離子滲透速率和滲透選擇性。b) MXene@PSS膜的長期穩(wěn)定性。c) PMM和MXene@PSS復合膜在0.2 M LiCl和0.2 M Mn+Cln混合溶液中雙離子選擇性的比較，插圖:Li+/Na+、Li+/K+、Li+/Mg2+混合溶液中單離子和雙離子選擇性的比較。d)不同膜的滲透速率與滲透選擇性。Li+/Mg2+(環(huán))、Li+/Na+(三角形)和Li+/K+(矩形)的滲透選擇性。

圖4.理論計算分析。a)離子在膜中的選擇性輸運原理圖。步驟1:脫水進入層間間距，步驟2:部分水合離子在亞納米通道內擴散與不同的離子官能團相互作用。b) M1中的原始亞納米通道(0.65 nm)(上)、M2中的受限亞納米通道(0.59 nm)(下)和M3中含有SO3-的修飾亞納米通道(0.59 nm)(中)的視覺結構圖。c)離子水化數(shù)和d)水化離子末端基團在不同MXene通道中的相互作用能。e) Li+選擇性滲透行為定量圖。歸一化參數(shù)等于離子與端基相互作用能的絕對值之比。

三、全文總結

綜上所述，利用磺酸基活性位點對PSS鏈聚合物進行修飾，制備了一種用于Li+快速跳躍的MXene@PSS復合膜。MXene@PSS復合膜一方面可以阻斷大尺寸水合Mg2+，同時通過調節(jié)層間間距允許小尺寸單價水合離子(Li+)的輸運;另一方面，由于Na+和K+選擇能力的差異，附加PSS中的磺化基團為Li+的快速運輸提供了跳躍位點。此外，MXene@PSS復合膜在水溶液中能夠保持良好的結構穩(wěn)定性，對Li+ /Mg2+的選擇性優(yōu)于目前大多數(shù)二維層狀膜，二元選擇性為25。對Li+ /Na+和Li+ /K+也有特殊的篩分性能。通過模擬計算，證實了封閉通道尺寸與化學環(huán)境對離子滲透行為的協(xié)調機制。因此，膜結構設計理念進一步拓展了二維層狀膜在Li+回收、精密組件(人工腎臟和視網(wǎng)膜)、傳感器(多離子濃度檢測器)、納米流控器件(鹽發(fā)電、離子二極管器件)等領域的應用。

本信息源自互聯(lián)網(wǎng)僅供學術交流 ，如有侵權請聯(lián)系我們立即刪除。

蘇州北科納米可以提供多種生物納米材料 ，致力于推進您的研發(fā)進程