仿生纳米通道实现高选择性锂提取
2026年10月27日，德克萨斯大学奥斯汀分校讯
锂是智能手机、电动汽车及电网储能电池的核心元素。尽管其在地下盐水、硬岩矿藏及回收电池中广泛存在，但将其从复杂的混合溶液中高效、清洁地分离出来仍是行业难题。
针对这一挑战，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队开发了一种新型纳米级人造通道。该设计灵感源自活细胞膜上控制离子和分子进出的天然门控机制。通过模拟这种生物结构，研究人员在膜内部构建了微小的孔隙，旨在实现锂离子与其他共存离子的精准分离。
据研究团队介绍，与近期开发的其他输送器相比，这些位于膜内的“锂通道”具有有史以来最高的选择性。
突破传统分离技术的局限
目前，从含锂卤水中提取锂的方法通常耗时较长、能耗较高，且可能产生有害废物。锂往往与钠、钾、镁等溶解物质混合存在，由于这些离子化学性质相似，分离难度极大。
这项发表于《美国化学学会杂志》（JACS）的新研究建立在此前用于分离稀土元素（如风力涡轮机磁铁、电动汽车电池和显示屏所需材料）的技术基础之上。研究领导者之一、土木、建筑和环境工程系及麦凯塔化学工程系的Manish Kumar教授指出：“我们的目标是建立一个更快、更清洁且更易运行的过程。”
研究表明，通过调控通道入口处的离子与化学基团之间的相互作用，结合通道的封闭结构，可以实现高度选择性的运输。Kumar实验室的研究科学家Harekrushna Behera表示：“我们现在拥有一个通用的工具包，而不仅仅是一次性的实验结果。通过深入理解离子如何与通道入口的化学组相互作用，我们可以为锂及其他潜在重要矿物设计更具选择性的通道。”
迈向规模化应用
目前，该团队正致力于将这些纳米通道集成到更大的膜结构中，利用其最近开发的由相互连接的细胞状层制成的膜材料。这一改进旨在实现无需强烈溶剂的连续锂分离过程。
除了传统的采矿应用外，研究人员还发现了该技术在其他领域的潜力，特别是从废旧电池中回收锂。然而，要在实验室之外实现广泛应用，仍需对含有高浓度盐分的真实盐水进行实验，并完成工业规模的验证。
该项目团队成员包括来自麦凯塔化学工程系的Venkat Ganesan教授，以及Tyler J Duncan、Hyeonji Oh、Chenhao Yao、Raman Dhiman和Siqi Wang；来自Fariborz Maseeh土木、建筑和环境工程系的Laxmicharan Samineni；以及来自自然科学学院化学系的卢克哈奇。
