如何提取“白色石油”？同济给出新答案

如何能从盐湖中持续高效提取锂资源？同济大学研究团队给出了“熵驱动”新策略：在锂提取电极材料内部设计纳米级“缓冲带”，从根本上破解电极材料在一“呼”一“吸”间因体积膨胀而带来的粉化难题。

近日，国际权威学术期刊《美国科学院院刊》（proceedings of the national academy of sciences of the united states of america，pnas）在线发表了同济大学环境科学与工程学院张亚雷教授、褚华强教授团队的这一最新研究成果，论文题为“stress-homogenized spatial architectures via entropy-driven self-assembly enabling high-performance and durable lithium extraction”（熵驱动自组装构筑应力均质化架构，实现高效持久锂提取）。

随着全球能源转型加速推进，锂资源作为新能源产业发展基础的“白色石油”，其稳定供应对国家能源安全至关重要。电化学盐湖提锂是开发我国丰富盐湖锂资源的前瞻性技术。然而，在实际应用中，锂提取电极材料会因离子反复脱嵌引发晶体架构“呼吸”效应，带来其体积不断膨胀与收缩，导致内部应力集中和结构粉化，严重制约了锂资源提取的效率与循环寿命。

新型电极材料结构同步实现内部应力缓解与锂快速传输

针对这一现实难题，研究团队另辟蹊径，摒弃传统的外部修饰策略，转向本体结构工程的创新设计。该策略并未试图在材料外部“刷漆加固”，而是致力于在内部“搭建弹性骨架”，从根源上缓解因材料反复膨胀和收缩带来的结构破坏。

研究团队巧妙利用热力学中的熵增疏水效应驱动前驱体自组装调控材料微观生长，成功构建了具有有序梯度层间通道的多层核壳结构。这种特殊的几何构型在材料内部形成了纳米级“应变缓冲带”，发挥了双重作用：既能有效容纳晶格膨胀，实现内部应力均质化，又建立了锂离子传输的高速通道。

实验结果表明，优化后的电极材料在模拟盐湖卤水中实现了高选择性、高容量与长循环稳定性的多重突破。该研究工作为设计用于复杂水环境的先进分离材料提供了重要的理论指导，有望推动我国盐湖锂资源的高效、可持续开发。

同济大学为论文唯一通讯单位，环境科学与工程学院2022级博士研究生刘晓倩为论文第一作者，褚华强教授为论文通讯作者。论文作者还包括环境科学与工程学院郝泽伟博士、刘统才博士后、赵祺鹏研究员、周雪飞教授和张亚雷教授。研究获得了国家自然科学基金项目资助。

近年来，环境科学与工程学院科研团队面向国家重大战略需求，持续深耕水污染控制与资源化领域，在环境功能材料开发、非常规水资源利用等方面取得了一系列创新成果，致力于为解决环境与能源交叉领域的关键科学问题贡献同济智慧。

来源：环境科学与工程学院

编辑：樊宗鑫

责编：聂阳阳

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上观号作者：同济大学