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自然界中，生物離子通道能夠精準(zhǔn)篩分離子。這激發(fā)了研究人員構(gòu)筑仿生離子篩分材料的靈感。這些材料可以分離一種陽(yáng)離子跟其他陽(yáng)離子，也能夠?qū)⒁环N陰離子跟其他陰離子分開(kāi)，廣泛應(yīng)用于化工和環(huán)境領(lǐng)域。用于分離陽(yáng)離子的材料一般傳輸陰離子慢，而用于分離陰離子的材料則傳輸陽(yáng)離子慢。也就是說(shuō)，這些材料往往會(huì)同時(shí)將陰離子跟陽(yáng)離子分開(kāi)。陰陽(yáng)離子帶相反的電荷，導(dǎo)致在分離過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)陰陽(yáng)離子的協(xié)同傳輸，造成分離材料兩側(cè)電荷不平衡，抑制離子傳輸效率。中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員高軍與青島大學(xué)教授隨欣、副教授劉學(xué)麗帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，致力于仿生離子篩分材料研究。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，名為陽(yáng)離子-氯化物協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的生物離子傳輸?shù)鞍踪|(zhì)，能夠分離堿金屬陽(yáng)離子與其他陽(yáng)離子，亦可以分離氯離子與陰離子，并同時(shí)保持同等速率傳輸，從而保持電荷平衡?；谶@一發(fā)現(xiàn)，近期，團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了帶季胺基團(tuán)的多孔有機(jī)框架薄膜。這一薄膜具有與生物類似的離子傳輸特性，且結(jié)構(gòu)無(wú)序，孔徑非常小，可通過(guò)尺寸排阻效應(yīng)篩分出小尺寸的堿金屬離子和氯離子，同時(shí)排阻其他陰陽(yáng)離子通過(guò)。該薄膜親水性強(qiáng)、電性很弱、無(wú)明顯電荷選擇性，并能夠以相同速率傳輸堿金屬離子和氯離子。在鎂鋰分離實(shí)驗(yàn)中，該薄膜展現(xiàn)出優(yōu)異的通量與選擇性，可抑制電荷不平衡問(wèn)題。由于該類膜傳輸堿金屬離子和氯離子的速率接近，因此團(tuán)隊(duì)通過(guò)在溶液中加入大量廉價(jià)氯離子以加速高價(jià)值堿金屬離子的傳輸，進(jìn)一步提升了提鋰性能。相關(guān)研究成果以Artificial Cation-Chloride Co-transporters for Chloride-Facilitated Lithium/Magnesium Separation為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。論文鏈接仿生陽(yáng)離子-氯化物協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的構(gòu)建