张梦辰老师团队在非对称氨基化环糊精构建氧化石墨烯膜定向离子通道研究中取得最新进展

离子分离在资源提取领域至关重要。膜分离技术近年来被广泛应用于盐湖提锂等场景，开发高效的离子分离膜是提锂的关键所在。以氧化石墨烯（GO）膜为代表的二维层状膜在离子分离中极具潜力，但分离精度与分离效率往往相互制约，难以满足实际需求。因此，如何在膜内构建有序、快速的离子传输通道，成为突破上述瓶颈的核心。

为解决上述难题，本研究采用经非对称氨基化修饰的环糊精（ACDs）作为“交通控制员”，将其与羧基化氧化石墨烯（CGO）膜有序交联，实现通道重构。ACDs窄面上的氨基与CGO片层边缘的羧基通过静电作用精准连接，相邻ACDs之间则通过窄面氨基与宽面羟基形成氢键；ACDs在CGO层间以首尾相连的方式有序排列，构筑出连续、定向的跨膜离子通道。定向排列的ACDs空腔为Li⁺提供了优先传质路径，同时通过空间位阻效应阻碍Mg²⁺通过。所制备的CGO-ACDs膜渗透速率为0.38 mol m^-2 h^-1，Li⁺/Mg²⁺理想选择性达126.6。即使在镁锂比高达169的模拟卤水中，Li⁺/Mg²⁺实际选择性为45。不仅如此，在高盐度环境（139.2 g L^-1）长期运行下，膜的分离因子仍能保持近15。

图1 CGO-ACDs膜内定向离子通道示意图与Li⁺/Mg²⁺分离选择性

研究工作为开发面向盐湖提锂及其他工业离子分离应用的定向离子通道膜提供了全新设计思路，对推动膜分离技术在资源可持续提取中的应用具有重要意义。相关成果以“Asymmetrically aminated-cyclodextrins create oriented ion channels within laminar GO membranes”为题发表于Journal of Membrane Science期刊。