Angew. Chem. ：在逆相混合基质COF膜中构建局域离子阱用于高选择性离子分离

随着全球电气化设备的快速普及，锂资源的工业需求急剧增长。盐湖卤水作为全球可开采锂资源的主要来源，其锂提取的核心问题在于高Mg²⁺/Li⁺比条件下实现高效Li⁺/ Mg²⁺分离。膜技术具有绿色、高效等优势，在离子分离领域表现出广阔应用潜力。在膜分离领域，现有离子阱策略虽能通过强结合能实现精准离子识别，但其过强的结合能严重阻碍了离子在跨膜扩散过程中的释放，难以实现快速离子传递。因此，开发兼具适度结合力与可控释放机制的离子传输通道成为突破膜分离性能瓶颈的关键。

针对这一挑战，三峡大学李东升教授和天津大学姜忠义教授合作，提出了一种基于逆相混合基质共价有机框架（PRCOF）膜的局域离子陷阱设计策略。通过以含甲氧基功能化的TbOMePa COF为连续相，树枝状聚乙烯亚胺（PEI）为分散相，在分子尺度构建了具有结合力-排斥力协同作用机制的局域离子阱纳米限域通道。

与传统离子阱相比，局域离子阱通过赋予适度的结合力和额外的排斥力，表现出显著降低的相互作用能和结合力。其工作过程可以从三个方面来阐明：（1）通过COF框架中甲氧基（-OCH₃）的氧原子与邻近亚胺键（C=N）的氮原子形成双位点弱结合模型，提供合适的Li⁺配位能力；（2）引入低浓度PEI的氨基（-NH₂）在质子化后产生动态静电排斥力，平衡结合能与释放能垒；（3）疏水性甲基基团通过脱水效应促进Li⁺去水合，同时排斥高水合能的Mg²⁺。

该策略成功解决了传统离子阱在膜分离中的传输瓶颈，展现出优异的Li⁺/Mg²⁺分离性能。通过调控PEI含量、PEI分子量及甲氧基密度等关键参数，深入揭示了膜结构微环境与离子选择性的构效关系。系统的表征揭示了膜的结构演变，AIMD理论计算阐明了膜分离机制与离子传递行为。

这项工作提出了用于有机框架膜的新型混合基质结构以及用于离子分离的独特局域离子阱。这些发现可能为设计制备高性能分离膜提供新的思路，并拓宽COF等框架材料膜的应用领域。

论文信息

Construction of Local-Ion Trap in Phase-Reversed Mixed Matrix COF Membranes for Ultrahigh Ion Selectivity

Meidi Wang, Tian-Yu Ma, Zhuo-Hao Wu, Yawei Liu, Shuang Li, Zixuan Cheng, Xue-Qian Wu, Bojing Sun, Zhongyi Jiang, Dong-Sheng Li

文章的第一作者是三峡大学王梅迪副教授（现为湖北省“楚天学子”）。

文章的通讯作者天津大学姜忠义教授和三峡大学李东升教授。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202504990