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　　南京大學朱嘉教授、陳駿院(yuan)士與合作者在鹽湖(hu)鋰(li)資源(yuan)綠(lv)色開發(fa)領域取得(de)重(zhong)要突(tu)破。該(gai)工作通(tong)過仿生鹽土植物的(de)(de)“選擇性(xing)(xing)吸收-儲存-釋放”機制，成(cheng)功(gong)開發(fa)界(jie)面(mian)光(guang)熱鹽湖(hu)提鋰(li)技(ji)術。該(gai)技(ji)術利用界(jie)面(mian)光(guang)熱蒸騰效應，強(qiang)化納米通(tong)道傳(chuan)質并驅動(dong)高精度離(li)子分離(li)，實現了高選擇性(xing)(xing)、低能耗、低碳排放的(de)(de)太(tai)陽能鹽湖(hu)提鋰(li)。這(zhe)一(yi)技(ji)術有望推(tui)動(dong)我國青藏鹽湖(hu)鋰(li)資源(yuan)的(de)(de)綠(lv)色開發(fa)，減少(shao)對進口(kou)鋰(li)礦的(de)(de)依賴，保障戰略性(xing)(xing)關鍵金屬(shu)鋰(li)的(de)(de)安全(quan)供給。相關研究成(cheng)果以“Solar transpiration-powered lithium extraction and storage”為題，于2024年9月27日發(fa)表于Science期刊。

　　鋰(li)作為全球(qiu)能(neng)(neng)源轉型(xing)中的(de)(de)戰略性關鍵(jian)金(jin)屬，廣泛應(ying)用于電動(dong)汽車電池和可再生能(neng)(neng)源儲能(neng)(neng)系(xi)統。鹽(yan)(yan)湖型(xing)鋰(li)礦是全球(qiu)鋰(li)資(zi)(zi)源的(de)(de)重(zhong)要(yao)來源，以我(wo)國(guo)為例，青(qing)藏高(gao)原擁(yong)有極其豐(feng)富(fu)的(de)(de)鹽(yan)(yan)湖資(zi)(zi)源蘊藏著巨(ju)大的(de)(de)鋰(li)礦儲量。然而，由于復雜(za)的(de)(de)鹽(yan)(yan)湖化學條件和極高(gao)的(de)(de)環境保護(hu)要(yao)求，至今(jin)難以大規(gui)模開采利用，成為我(wo)國(guo)鋰(li)礦開采的(de)(de)“卡(ka)脖子”難題(ti)。因此，發展綠色、環保、可持續(xu)的(de)(de)鹽(yan)(yan)湖提鋰(li)新技(ji)術，是破解(jie)這一難題(ti)的(de)(de)關鍵(jian)，具有重(zhong)要(yao)的(de)(de)經(jing)濟社會(hui)價值和戰略意義。

　　自然(ran)界中的(de)許(xu)多生(sheng)命系統(tong)，例如鹽(yan)(yan)生(sheng)植(zhi)(zhi)物，具備高效(xiao)提(ti)取(qu)特定物質(zhi)的(de)能力。鹽(yan)(yan)生(sheng)植(zhi)(zhi)物能夠利用蒸(zheng)騰作用，從鹽(yan)(yan)堿(jian)環境(jing)中選擇性吸收鹽(yan)(yan)分和水分，并通過特定器官儲存和排(pai)出體內多余的(de)鹽(yan)(yan)分。這(zhe)種“選擇性吸收-儲存-釋放”機制，使鹽(yan)(yan)生(sheng)植(zhi)(zhi)物能夠在極端鹽(yan)(yan)堿(jian)環境(jing)中維持正常(chang)的(de)新(xin)陳(chen)代謝和生(sheng)長，也(ye)為開發(fa)高效(xiao)、可持續(xu)的(de)鹽(yan)(yan)湖鋰(li)資源提(ti)取(qu)技(ji)術提(ti)供了重(zhong)要的(de)仿生(sheng)學(xue)啟示。

　　受此啟發，南京大學研(yan)究(jiu)團隊成功(gong)開(kai)發了界面(mian)光熱鹽湖提鋰(li)裝(zhuang)置(STLES)。其(qi)結構和工(gong)作原理(li)如圖1所示，主要包(bao)括三部分：(1)界面(mian)光熱蒸騰作用在蒸發器納米通(tong)道(圖1C)內產(chan)生超(chao)高毛細(xi)壓強;(2)該毛細(xi)壓強傳遞至離子(zi)分離層(圖1E)，驅動鋰(li)離子(zi)選擇性從鹽水(shui)進入(ru)儲(chu)存層;(3)通(tong)過水(shui)循(xun)環系(xi)統收(shou)集(ji)儲(chu)存層(圖1D)中富集(ji)的鋰(li)鹽，并實現裝(zhuang)置再生。

圖1 界(jie)面光熱鹽湖(hu)提鋰的運行機制和器(qi)件組(zu)成(cheng)

　　研究(jiu)團隊搭建了(le)(le)(le)界(jie)面(mian)光熱鹽(yan)(yan)湖提(ti)(ti)鋰平臺(tai)(圖(tu)(tu)2A-2C)，對其(qi)鹽(yan)(yan)湖提(ti)(ti)鋰性(xing)能進行了(le)(le)(le)全(quan)面(mian)評(ping)估(gu)(圖(tu)(tu)2D-2E)，并測試了(le)(le)(le)該裝(zhuang)置在(zai)鹽(yan)(yan)湖鹵(lu)水中(zhong)的(de)提(ti)(ti)鋰效(xiao)果，結果表明該平臺(tai)能夠高效(xiao)地從稀釋(shi)的(de)鹽(yan)(yan)湖鹵(lu)水中(zhong)提(ti)(ti)取鋰(圖(tu)(tu)2F)。得益于(yu)其(qi)可(ke)再生(sheng)能力(li)，裝(zhuang)置在(zai)528小時的(de)連續運(yun)行中(zhong)表現出了(le)(le)(le)優異的(de)穩定性(xing)(圖(tu)(tu)2G)，從而展示(shi)了(le)(le)(le)其(qi)在(zai)長期應用中(zhong)的(de)巨大潛力(li)。

　　此外，界(jie)面光熱鹽(yan)湖(hu)提(ti)(ti)(ti)鋰裝置(zhi)還具有良(liang)好的兼容性(xing)和可擴展性(xing)。通(tong)過(guo)優化離子分離層，單級裝置(zhi)的鋰選擇性(xing)提(ti)(ti)(ti)升了6倍;通(tong)過(guo)多級提(ti)(ti)(ti)鋰工藝，鋰選擇性(xing)可提(ti)(ti)(ti)升近40倍。模塊(kuai)(kuai)化設計賦予該系(xi)統(tong)良(liang)好的擴展能(neng)力(li)，鋰產(chan)量隨(sui)模塊(kuai)(kuai)數量線性(xing)增長，充分展示了其(qi)在(zai)大(da)規模應用中(zhong)的潛力(li)。

圖2 界(jie)面光熱鹽湖提鋰的性能(neng)和穩定(ding)性

　　界面(mian)光熱鹽(yan)(yan)湖(hu)提(ti)鋰(li)技術(shu)充(chong)分利用清潔、充(chong)沛的(de)(de)太(tai)陽能，有(you)效提(ti)取鹽(yan)(yan)湖(hu)中的(de)(de)關鍵鋰(li)資源。這項關鍵技術(shu)的(de)(de)研發成功有(you)望提(ti)供一條解決(jue)路徑(jing)，改變(bian)我國鋰(li)礦資源大量依賴進口的(de)(de)局面(mian)。

　　南京大學(xue)(xue)為第一(yi)完(wan)成單(dan)位，特任副(fu)研究(jiu)員宋琰(yan)與博(bo)士(shi)研究(jiu)生(sheng)方詩琦為論(lun)文的(de)共同第一(yi)作者，南京大學(xue)(xue)朱嘉教(jiao)(jiao)(jiao)授與加州大學(xue)(xue)米寶霞教(jiao)(jiao)(jiao)授為論(lun)文共同通訊(xun)作者，陳駿院士(shi)對該(gai)工作進行(xing)了(le)(le)(le)深入指導。該(gai)工作得到了(le)(le)(le)南京大學(xue)(xue)徐凝副(fu)教(jiao)(jiao)(jiao)授、美國(guo)加州大學(xue)(xue)王墨農博(bo)士(shi)等(deng)的(de)支持(chi);也得到了(le)(le)(le)國(guo)家(jia)自然科(ke)學(xue)(xue)基(ji)金(jin)委、科(ke)技部(bu)重點研發計劃、新基(ji)石科(ke)學(xue)(xue)基(ji)金(jin)會科(ke)學(xue)(xue)探索(suo)獎等(deng)項目(mu)的(de)資助;南京大學(xue)(xue)固體(ti)微結(jie)構物理(li)國(guo)家(jia)重點實驗室、關鍵地球物質循環教(jiao)(jiao)(jiao)育部(bu)前沿科(ke)學(xue)(xue)中(zhong)心(xin)(xin)和人工微結(jie)構科(ke)學(xue)(xue)與技術協同創新中(zhong)心(xin)(xin)對該(gai)項研究(jiu)工作給予了(le)(le)(le)重要(yao)支持(chi)。