美国得克萨斯大学奥斯汀分校开发的一项新技术，可通过极高精度将锂与其他溶解物质分离，使锂提取更快、更环保。该方法使用小至纳米尺度的人工通道，允许锂离子通过，同时阻挡多种竞争离子。

这些通道的设计灵感来自活细胞中的分子门户，其锂选择性比近期开发的其他锂转运体高2至5倍。研究人员称，这些结构是迄今已构建的选择性最高的锂通道之一，有望替代传统提取方法。

锂提取困难的原因

锂是智能手机、电动汽车和电网电池的关键材料。它存在于地下盐水矿床（卤水）、硬岩矿床和废旧电池中。但这些来源同时含有钠、钾、镁、钙等元素，其离子难以与锂分离。现有提取技术通常耗时、耗能，并可能产生有害废物。

这项研究发表于 Journal of the American Chemical Society，负责人之一、得克萨斯大学奥斯汀分校法里博兹·马西赫土木、建筑与环境工程系及麦凯塔化学工程系教授 Manish Kumar 表示，锂存在于手机、汽车和电网中，但以清洁方式从地下提取仍是难题。我们的目标是实现更快、更清洁、更易运行的过程。

人工通道如何分离锂

研究人员在膜内设计了微小孔道，模拟生物细胞的选择性传输路径。其区分锂与其他离子的能力取决于两个协同作用的特征：位于通道入口的化学基团，以及通道内部高度受限的空间。入口处的相互作用与通道内部结构共同促进锂传输，同时限制竞争离子。

该研究建立在此前稀土元素分离研究的基础上。稀土元素对风力涡轮机磁体和电子显示器等技术很重要。通过将底层设计原则扩展至锂，研究人员正在形成一种更通用的关键矿物选择性回收方法。

Kumar 实验室研究科学家 Harekrushna Behera 表示，现在拥有的是一套工具包，而非一次性结果。通过理解离子如何与通道入口的化学基团相互作用，可以设计对锂以及潜在其他关键矿物更具选择性的通道。

面向更清洁的大规模提取

下一个挑战是将这些高选择性通道集成到足以用于实际锂回收的大面积膜中。团队正在探索一种新近开发的材料，它由相互连接的类细胞层构成，可使用脂质或类塑料聚合物构建。此类膜最终有望在没有强化学溶剂的情况下支持连续锂分离。

尽管实验室结果显示出强选择性，该技术尚未在工业提取中得到验证。研究人员仍需使用真实卤水测试其性能，其中多种溶解盐共存，并确定通道能否在更大规模下保持有效性。

除从天然矿床回收锂外，研究人员设想用同一技术从废旧电池中回收该元素。另一个可能应用是改进电池内部隔膜，但还需进一步开发才能确定这些用途是否可行。

参考文献：Harekrushna Behera, Tyler J. Duncan, Laxmicharan Samineni, Hyeonji Oh, Chenhao Yao, Raman Dhiman, Siqi Wang, Luke Hatch, Venkat Ganesan and Manish Kumar. Highly Selective Artificial Lithium Channels. Journal of the American Chemical Society, 24 October 2026. DOI: 10.1021/jacs.6c13878