Litium är ett energikritiskt element som har blivit en geopolitiskt betydelsefull resurs. Dock, utbudet av litium kanske inte räcker för att möta den ständigt ökande efterfrågan. Som ett resultat, forskare letar efter nya sätt att utvinna litiumjoner.

Jon-selektiva membran har redan använts flitigt för vattenbehandling och jonsiktning inom elektrodialysteknik. Dock, konventionella membran uppvisar lågt och värdelöst Li ⁺ selektivitet, vilket gör dem otillräckliga för att uppfylla branschens krav.

Kinesiska forskare har nyligen gjort framsteg i beredningen och appliceringen av ett bioinspirerat material som kan uppnå kontrollerad jontransport och siktning, speciellt för litiumjon-extraktion. Detta jobb, publicerad i Materia , kompletterades av prof. Wen Lipings team vid Technical Institute of Physics and Chemistry vid den kinesiska vetenskapsakademin och prof. Zhang Qianfans team från Beihang University.

I denna forskning, forskare använde nanofibrer, såsom de från naturligt siden och polyetylenimin, att dekorera 2-D nanosheets. Inspirerad av den biologiska strukturen i naturen, 2-D nanoskikten är självmonterade lager för lager för att bilda en nacre-liknande staplad struktur. Det sammansatta membranet fungerar som en jon-gating heterojunction med motsatta laddningar och asymmetriska nanokanaler.

"För att vara mer detaljerad, det sammansatta membranet visar högre seghet än andra rapporterade material och naturliga strukturer. Membranet kan också effektivt kontrollera avstånd mellan mellanrum och uppnå stabila ordnade nanostrukturer, "sade professor Wen.

Den typiska tegel-och-murbrukstrukturen som bildas av nanofibrer och nanoskivor uppvisar lång tid användning i lösningar. Under tiden, de begränsade uttorknings- och laddningsekskluderande effekterna leder Li ⁺ genom sammansatta kanaler snabbt.

Experimentella och teoretiska resultat indikerar Li ⁺ visar en utmärkt genomträngningshastighet som är mycket högre än Na ⁺ , K ⁺ , Mg ²⁺ och Ca ²⁺ på grund av dess lilla radie och låga laddning.

Jämfört med mobiler i bulk, Li ⁺ förblir i princip överens med bulkvärdet. I skarp kontrast, andra joner blir mindre rörliga än Li ⁺ i bulk.

Metoden för att använda skräddarsydda 2-D-membran med kemiska, geometrisk, och elektrostatiska heterostrukturer möjliggör ytterligare utforskning av nanofluidiska fenomen inuti nanokanalmembran för vattenbehandling eller elproduktion.