背景

近年來，隨著新能源領域的快速發展，對鋰離子(Li⁺)的需求迅速增長。從鹽湖鹵水中提取鋰離子（Li⁺）是鋰的最重要來源之一。然而，大多數鹵水中含有高濃度的鎂離子（Mg²⁺），而Li⁺的濃度相對較低，這嚴重阻礙了鋰資源的利用。目前從鹽湖鹵水中提取 Li⁺的首要問題是 Li⁺與 Mg²⁺的選擇性分離較差。在最先進的分離方法中，二維膜技術在Li⁺/Mg²⁺分離方面表現突出。然而，Li⁺/Mg²⁺分離膜的發展面臨著滲透性能和選擇性之間的平衡難題。在這種情況下，優化膜的微觀結構是打破這種難題并提高分離性能的關鍵。二維材料，即厚度為單個或幾個原子層的材料，已被廣泛用于制備高分離性能的膜材料。

在這項應用中，作者通過將功能性 ZIF – 8 納米粒子原位沉積到層狀雙氫氧化物（MLDH）膜中框架缺陷的納米孔中，獲得了具有高鋰離子（Li⁺）滲透性和出色穩定性復合膜（ZIF – 8@MLDH）。

此外，作者創新性的使用低場核磁設備表征了分離膜的微觀結構，這用傳統的XRD或者電鏡測試是無法實現的，低場核磁設備的應用為深入理解二維膜材料的空間結構提供了新的思路。

低場核磁共振技術用于表征二維膜材料微觀結構

圖1：水和乙醇攜帶ZIF-8納米粒子做探針的弛豫時間譜圖

該應用用水或乙醇攜帶ZIF-8納米粒子做探針，表征二維材料的的微觀結構。二維材料作為分離膜對物質主要有三種作用，首先是納米片層之間的區域，該區域空間狹小且冗長，對探針的限制性很大，會導致物質的弛豫時間非常短(0.1-10 ms)；其次是納米片缺陷位置區域，該區域對探針的限制性中等，弛豫時間在10 -10³ ms范圍，最后是自由空間，探針在自由空間完全不受限制，弛豫時間較長(103-10?ms)。從圖1我們可以看出，代表納米片層間的0.1-10 ms時域內未發生變化，說明ZIF-8納米粒子沒有沉積在二維材料層之間，
10 -10³ ms時域范圍內出現了峰形，意味著ZIF-8納米粒子在二維膜框架的缺陷處發生了沉積，通過該實驗確定了ZIF-8納米粒子沉積的區域。

總結

本應用使用了低場核磁設備表征了分離膜的微觀結構，為二維材料空間結構研究提供了新的思路。

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參考文獻

【1】YAHUA LU, RONGKUN ZHOU, NAIXIN WANG, et al. Engineer Nanoscale Defects into Selective Channels?:?MOF-Enhanced Li^+?Separation by Porous Layered Double Hydroxide Membrane. Nano-Micro Lett,2023,15(9):325-336.