维度网讯，美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院（University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering）的研究人员开发出一种新方法，能从钠锂比例为1000比1的溶液中选择性提取出纯度为99%的锂。该方法基于电化学嵌入（electrochemical intercalation）工艺，该工艺常见于电池和超级电容器领域，通过施加电流将离子嵌入到另一种材料的层状结构中。

该技术在用于从水中提取材料时，会形成一个强制进料过滤器，利用电流牵引带正电的锂离子穿过微观通道。然而，这些通道在允许锂离子通过的同时，也会容纳包括钠在内的其他离子。研究团队发现，锂离子穿过层状材料（本次研究中为氧化钴）离子通道的行为，受到两种力之间的推拉作用控制。这一发现不仅代表了纯科学领域的进展，也为开发新的实际提取技术指明了方向。

论文第一作者、前芝加哥大学PME研究生Grant Hill博士（2024届）表示，团队的目标是开发能从其他盐中选择性分离锂的材料，主要竞争者钠与锂在电荷和尺寸上化学性质极为相似。锂是电池产业的关键材料，但当前主流的提取方法，如使用大量酸熔炼焙烧过的锂辉石矿，或建设巨大盐田抽取并蒸发地下盐水，均不够环保。

芝加哥大学PME副教授、该研究的通讯作者Chong Liu指出，在提取过程中始终存在两个平行反应：一个由电荷驱动，发生在电流通入材料时；另一个是材料自然趋向平衡。Hill将离子通道比作被停车场包围的高速公路，当钠离子插入时，会挤压相邻的锂位点，使亲锂区域的“停车场”被注满。为克服这一挑战，研究人员需要优化锂离子的粒径，并在两个竞争反应之间找到平衡。这两个反应中，第一个是由电流驱动的嵌入过程（即高速公路上的交通），第二个是离子交换过程，即钠离子与锂离子寻找平衡（即离子进入停车场的速率）。

研究表明，平衡过程以自身速率发生，但研究人员可以控制离子泵入的速度。这意味着可以将第一个反应的“速度”设置为三种选项：比第二个反应更快、更慢或相同。Chong Liu表示，这三种状态表现截然不同，只有当给予足够时间让离子交换赶上嵌入时，才能获得高度可逆的材料响应。研究揭示，缓慢插入离子并找到理想的粒径是实现这种可逆性的关键。