在全球能源结构加速向清洁能源转型中，锂资源需求持续增长。盐湖型锂资源因储量丰富、开发潜力巨大，已成为我国锂资源保障体系的重要组成部分。但传统先提钾后提锂工艺流程长，各阶段锂夹带损失大，因此盐湖资源开发急切需要提高锂收率。近年来，直接提锂（Direct Lithium Extraction, DLE）技术因其高效、绿色环保的优势，成为未来盐湖锂资源高效开发的重要发展方向。然而在实际盐湖和后端沉锂工艺中，Li+往往与极高浓度Na+共存，且Li+、Na+离子性质相似，使得Li+/Na+分离成为直接提锂过程中贯穿前处理与分离纯化各环节的核心难题，也是当前国际公认的关键瓶颈。在离子分离工艺中，离子膜分离具有连续运行和易于工程放大的优势，已成为有效离子分离技术。然而，受限于传统膜材料的筛分设计，很难实现Li+/Na+分离，也无法解决Li+高通量传输的同时对Na+的高选择性抑制难题。

近日，中国科学院青海盐湖研究所刘忠研究员团队在锂钠高效分离膜材料领域取得重要进展，该研究突破传统“通量与选择性难以兼顾”的膜分离瓶颈，创新性提出基于离子辨识吸附的“限域俘获-跃迁（bind-jump）”机制：通过在共价有机框架（COF）膜通道中引入具有锂亲和性的双酮分子（HTTA），构建出疏水性识别腔体，在电场作用下优先俘获Li+，协同脱去部分水合壳层后沿通道跃迁；而Na+、K+因结合能力弱、迁移阻力大而被有效筛拒。该机制实现达143 mmol·m-2·h-1的Li+通量以及高达320的Li+/Na+选择性，相较于未加载HTTA的COF膜，通量和选择性分别有2.5倍和超100倍的同步提升，显著缓解了长期制约膜性能提升的“Trade-off”效应。

更重要的是，该膜在国内外真实盐湖卤水中表现出优异的Li+富集能力：单级电驱操作即可将Na+/Li+比降至原始值的约1/8，Li+选择性和能耗远优于现有商业膜，显示出极强的工程应用潜力和推广价值。本研究不仅为盐湖直接提锂提供了高效、低能耗的新技术路径，也为精准离子识别与分离材料的界面设计提供了全新思路。

相关成果以题为“Ion Trap Membrane with Confined Bind-Jump Strategy for High-Efficiency Direct Lithium Extraction”的论文发表在《Science Advances》期刊，硕士研究生杜亚倩为第一作者，雷达副研究员和刘忠研究员为通讯作者，青海盐湖所为唯一通讯单位。

该研究得到国家自然科学基金（U20A20141、22304185、U23A20119）、青海省科技厅项目（2024-GX-120）、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划（YSBR-039）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB1130301）和青海省昆仑英才计划等项目的联合资助。

论文链接：  https://www.science.org/doi/abs/10.1126/sciadv.aea5077

图1：HTTAn-TpTapa/PAN膜的构建及结构表征

图2：大尺寸离子分离膜实物照片（直径可达23 cm）

图3：离子“跃迁”传输动力学分析及膜性能表现

审核：葛飞