Lithium is een energiekritisch element dat een geopolitiek belangrijke hulpbron is geworden. Echter, het aanbod van lithium is mogelijk niet voldoende om aan de voortdurend toenemende vraag te voldoen. Als resultaat, wetenschappers zoeken naar nieuwe manieren om lithiumionen te extraheren.

Ion-selectieve membranen worden al veelvuldig gebruikt voor waterbehandeling en ionenzeven in de elektrodialysetechnologie. Echter, conventionele membranen vertonen lage en nutteloze Li ⁺ selectiviteit, waardoor ze onvoldoende zijn om aan de eisen van de industrie te voldoen.

Chinese wetenschappers hebben onlangs vooruitgang geboekt bij de voorbereiding en toepassing van een bio-geïnspireerd materiaal dat in staat is om gecontroleerd ionentransport en zeven te bereiken, speciaal voor lithium-ion extractie. Dit werk, gepubliceerd in Materie , werd voltooid door het team van prof. Wen Liping van het Technical Institute of Physics and Chemistry van de Chinese Academie van Wetenschappen en het team van prof. Zhang Qianfan van de Beihang University.

In dit onderzoek, wetenschappers gebruikten nanovezels, zoals die van natuurlijke zijde en polyethyleenimine, om 2D nanosheets te decoreren. Geïnspireerd door de biologische structuur in de natuur, de 2D nanosheets zijn zelf-geassembleerd laag-voor-laag om een ​​parelmoerachtige gestapelde structuur te vormen. Het samengestelde membraan fungeert als een ion-gating heterojunctie met tegengestelde ladingen en asymmetrische nanokanalen.

"Om gedetailleerder te zijn, het samengestelde membraan vertoont een hogere taaiheid dan andere gerapporteerde materialen en natuurlijke parelmoerstructuren. Het membraan is ook in staat om de afstand tussen de lagen efficiënt te regelen en stabiele geordende nanostructuren te bereiken, " zei prof. Wen.

De typische bakstenen-en-mortelstructuur gevormd door nanovezels en nanosheets vertoont een langdurig gebruik in oplossingen. In de tussentijd, de beperkte uitdroging en lading-uitsluiting effecten leiden Li ⁺ snel via samengestelde kanalen.

Experimentele en theoretische resultaten geven aan dat Li ⁺ vertoont een uitstekende permeatiesnelheid die veel hoger is dan Na ⁺ , K ⁺ , Mg ²⁺ en Ca ²⁺ vanwege zijn kleine straal en lage lading.

Vergeleken met mobiliteit in bulk, Li ⁺ blijft in principe consistent met de bulkwaarde. In sterk contrast, andere ionen worden minder mobiel dan Li ⁺ massaal.

De methodologie van het gebruik van op maat gemaakte 2D-membranen met chemische, geometrisch, en elektrostatische heterostructuren maken verdere verkenning van nanofluïdische verschijnselen in nanokanaalmembranen voor waterbehandeling of energieopwekking mogelijk.