硼（B）在核能、玻璃、陶瓷及农业等众多关键领域均发挥着不可替代的重要作用。然而，我国固体硼矿资源储量有限，长期以来对外依存度居高不下。我国青海、西藏的盐湖蕴藏着丰富的液体硼矿资源，但高盐卤水体系中极高的共存离子浓度以及中性条件下硼酸分子的反应惰性，使得硼的高效、选择性提取极具挑战。针对这一关键科学问题，中国科学院青海盐湖研究所联合江苏大学，通过界面缺陷工程策略，成功构筑了富含界面氮空位的Co3O4@g-C3N4异质结提硼新材料，采用密度泛函理论（DFT）计算在原子和电子尺度上揭示了缺陷调控金属位点活性的微观机制，为理解复杂盐湖卤水体系中的靶向吸附与微观界面的电子调制机制提供了新视角。

图1 界面氮空位诱导电荷重新分布及硼酸吸附的机制图

研究取得以下发现：

揭示了缺陷诱导的电子重组与热力学反转机制。DFT计算与Bader电荷分析（如图1所示）表明，界面氮空位的引入诱发了局域电荷的剧烈重组。空位导致邻近的钴（Co）原子周围发生明显的电子耗散，使其处于更加“缺电子”的状态，进而大幅增强了钴中心对硼酸分子的“路易斯酸性”。这种缺陷调控效应消除了吸附势垒，使得硼酸的吸附由原始界面上的热力学极其不利（ΔG = +1.41 eV），直接转变为缺陷界面上的高度自发（ΔG = -4.28 eV），从而强力驱动了Co-O-B内层化学配位键的形成。

实现了真实高盐卤水体系下的高效提硼。凭借超薄g-C3N4对Co3O4的良好分散作用以及缺陷激活效应，优化后的CoCN-5复合材料在25 °C下、120分钟内即可达到128.5 mg/g的优异硼吸附容量，显著优于原始的Co3O4材料。更为重要的是，在面对拉果错和察尔汗真实的高盐卤水时，该材料在保持对大量共存离子高选择性的同时，依然分别可实现81 mg/g和79 mg/g较高的硼捕获量和良好的循环稳定性，展现出较好的实际工业应用潜力。

该研究成果近期以“Activating inert cobalt sites via interfacial nitrogen vacancies in Co3O4@g-C3N4 heterojunctions for selective boron recovery from hypersaline brines”为题发表在知名期刊《Water Research》(自然指数，一区Top期刊，IF=12.798）。青海盐湖所邵一凡为第一作者，周永全研究员和江苏大学潘建明教授为共同通讯作者。

盐湖战略元素的高效分离提取是保障国家资源安全的重要科学问题。本项工作通过“结构-机制”的一体化设计，为复杂盐湖体系中硼的选择性捕获提供了行之有效的缺陷工程策略，也为开发新型金属基异质结吸附材料提供了理论参考。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135426013060#sec0019

审核：葛飞