在青海盐湖所基础研究青年创新交叉团队（ISLJCTD-2022-04）和国家自然科学基金区域发展联合基金项目（U22A20413）等项目的支持下，中国科学院青海盐湖研究所溶液结构与界面课题组与江苏大学、天津大学合作围绕盐湖卤水中硼的高效提取与分离，开展了一系列创新性研究。成功开发出多种具有高吸附容量、优异选择性和良好稳定性的盐湖硼资源吸附分离材料，为实现盐湖硼资源的高效分离提供了潜在新材料与新技术路径。

针对共价有机框架(COFs)类吸附剂在实际合成过程中COFs易出现的堆积无序与功能位点可及性受限等问题，提出了基于侧链工程的结构重构策略。通过单元锚定多元醇侧链实现功能化，同时依靠其对单元稳定性的提升实现了COFs晶体有序度的强化。在经稳定化修饰及模板去除后，成功获得了具有中空结构与较大比表面积以及多元醇功能化的COF吸附剂（HSPCOF）。该材料兼具高比表面积、连通孔道与优异的化学稳定性，可在298 K下实现150.05 mg g-1 的硼吸附容量，是商业树脂MK51的10倍以上。密度泛函理论（DFT）计算表明，多元醇侧链可与硼酸根形成双齿环状酯络合物，从而赋予材料高选择性与强结合能力。即使在实际盐湖卤水中，HSPCOF仍能表现出优异的稳定性与91.51%的硼去除率，证实了其在复杂体系中的应用潜力。该研究不仅阐明了COF在硅模板表面的生长与重构机理，还提出了一种通过侧链工程实现结构有序化与功能精确调控的普适策略，为中空功能化COF基硼吸附材料的可控制备及高效分离应用提供了新的思路。该工作发表于国际知名期刊Angew.（IF=16.9，一区TOP）上，江苏大学博士生王文庆（与青海盐湖所联合培养）为论文第一作者。

 
图1 HSPCOF 合成路线示意图。上图为HSPCOF的全合成流程；下图为关键步骤BCOF、PCOF和SPCOF对应的组分结构。

另一项工作则聚焦于金属有机框架衍生的中空硫化钴材料。团队以ZIF-67为前驱体，通过溶剂热硫化反应成功制备出具有中空结构的Co₃S₄纳米吸附剂。该材料在硼浓度为200 mg·L⁻¹的溶液中吸附容量达到283.3 mg·g⁻¹，较ZIF-67提升了7.3倍，且在30分钟内即可达到吸附平衡。动力学与热力学研究表明，其吸附过程符合Langmuir模型，为自发的单层化学吸附。通过XPS、FT-IR与DFT计算等手段，研究进一步证实材料表面的钴原子为主要吸附位点，化学吸附的主要驱动力为化学键合，同时静电作用与氢键协同实现硼的高效捕获，并在实际盐湖卤水（察尔汗、拉果错）中表现出良好的选择性吸附能力。该工作发表于分离科学知名期刊Desalination（IF=9.8，一区TOP）上，青海盐湖所邵一凡助理研究员为论文第一作者。

 
图2.（a）ZIF-67衍生Co3S4中空吸附剂的吸附位点示意图；（b-c）H3BO3在Co₃S₄上最稳定的结构（Co和S位点）；（e,f）不同位点Co₃S₄吸附H3BO3的DOS图。

上述两项工作分别从共价有机框架和金属有机框架衍生材料两种新型材料入手，系统探索了中空结构设计与表面功能化在提升硼吸附性能方面的作用机制，不仅为解决高盐卤水中硼的分离难题提供了新材料体系，也为设计面向复杂水体中特定离子高效捕获的功能吸附剂提供了理论依据与技术借鉴。

论文信息：
[1] W. Wang,H. Li,Y. Huang,Y. Zhou,J. Pan,Z Jiang. Side-Chain Engineering of Hollow Spheres of Covalent Organic Frameworks for High-Efficiency Boron Capture from Brine. Angew. Chem. Int. Ed. 2025,e20582. https://doi.org/10.1002/anie.202520582

[2] Shao,Y.;Hu,C.;Liu,R.;Liu ，B标点符号重复！Zhou,Y.;Pan,J. Selective and Efficient Adsorption of H₃BO₃ from Salt Lake Brine Solution by ZIF-67-Derived Hollow Cobalt Sulfide. Desalination 2025,613 ，119019. https://doi.org/10.1016/j.desal.2025.119019

审核：付振海