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Angew：通過冠醚柱埃通道的高選擇性鋰傳輸

Nanoyu Nanoyu 2024-01-03

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生物離子通道利用多種策略的協同作用來實現高選擇性離子篩分。例如，鉀通道利用官能團和埃大小的孔來區分競爭離子并富集目標離子。

在這項工作中，中國科學院青島生物能源與過程技術研究所Jun Gao，溫州大學Nannan Liu，青島大學Xueli Liu展示了一種仿生策略，通過將尺寸排阻、特定相互作用和離子富集效應結合到層狀二維材料中來實現高Li+選擇性。

文章要點

1）研究人員通過將1-Aza-15-crown-5(A15C5)嵌入層狀氫氧化硝酸鋅(ZHN)晶體中來實現這一目標。與二維層狀材料相比，ZHN是一種難以剝離的材料。通常，二維層狀材料容易在水中膨脹，從而損害離子選擇性。ZHN的難以剝落的特性將降低腫脹的風險并有助于離子篩分。

2）A15C5和插層ZHN具有埃級孔隙/通道，排斥比水合Li⁺更大的水合離子。此外，插入的A15C5可以區分Na⁺和Mg²⁺。因此，所制備的材料對Li⁺對Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Al³⁺等常見離子具有選擇性，當Li⁺、Na⁺和Mg²⁺的摩爾濃度達到一定濃度時，表現出中等的Li⁺/Na⁺選擇性和高的Li⁺/Mg²⁺選擇性是相同的。然而，當Li+濃度急劇下降時，ZHN通道仍然高度吸引和富集Li⁺，阻礙Li⁺通量的下降。因此，我們的通道的有效選擇性隨著Li⁺濃度的降低而增加。在Li⁺濃度為25μM、Na⁺濃度為0.5M的人造海水中，通道顯示出有效的Li⁺/Na⁺選擇性為1422。