近年来，随着锂电池领域的飞速发展，锂资源呈现出供不应求的态势。如何高效地从盐湖卤水中提取锂成了亟待解决的问题。而膜分离技术作为最节能的分离技术，在锂离子分离领域备受关注。然而，目前的锂离子分离膜存在锂离子通量过低（0.005~10 mol·m⁻²·h⁻¹）的缺点，大大限制了其应用前景。在亚纳米尺度上设计具有定向和均一孔径的多孔膜是膜分离领域的长期目标，有望能同时实现高离子通量和高选择性。

近日，南京大学的张炜铭教授和Monash University的张西旺教授合作，采用了一种清洗辅助二次生长合成策略，合成了具有[022]取向且良好交生的UiO-67金属有机框架膜用于高效的锂/镁离子分离。

具有[022]取向且良好交生的超薄UiO-67金属有机框架膜在离子分离领域具有显著优势。首先，UiO-67框架具有良好的稳定性，其自身具有的均一多孔的特性为实现高精度的离子分离提供了大量的亚纳米孔道。其次，具有取向生长特性的金属有机框架膜相比于没有取向性的膜具有更多连通的亚纳米通道，更有利于锂离子的传输。

分子动力学模拟计算结果表明，Li⁺/Mg²⁺高选择性是水合Li⁺和Mg²⁺在通过窗口尺寸约8埃的UiO-67框架时的部分脱水差异所导致的。水合Li⁺可以几乎不用脱水通过窗口，从而使得Li⁺跨膜能垒极低，为提高锂离子通量提供了一定的条件。

最终，得到的UiO-67/AAO膜具有超高的锂离子通量，可达27 mol·m⁻²·h⁻¹，而且Li⁺/Mg²⁺的高选择性也被保留，同时该膜具有良好的循环稳定性。该工作为高性能离子分离膜的设计提供了参考。

论文信息：

Oriented UiO-67 Metal–Organic Framework Membrane with Fast and Selective Lithium-Ion Transport

Dr. Rongming Xu, Dr. Yuan Kang, Prof. Weiming Zhang, Prof. Xiwang Zhang, Prof. Bingcai Pan

文章的第一作者是南京大学环境学院的20级博士研究生许荣明。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202115443