近日，天津大学分子+研究院周凯歌教授、化工学院姜忠义教授团队联合中国科学技术大学、兰州大学、自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所团队，在碱金属离子分离领域取得重要突破。相关研究成果以“Friction-differentiated separation of alkali ions through two-dimensional nanochannels based on niobate perovskite”为题发表于国际权威期刊 Nature Communications。
锂作为新能源时代的战略性关键金属，其资源供给安全关乎国家能源转型与可持续发展战略。盐湖卤水虽蕴藏全球近三分之二的锂资源，但其中与锂伴生的钠、钾等一价碱金属离子因电荷相同、水合半径差异不足0.3 Å、电子排布高度相似，其精准分离成为困扰学界与工业界半个世纪的重大挑战。传统膜分离技术依赖尺寸筛分或吸附差异等静态机制，在碱金属离子超高的理化相似性面前基本失效，现有人工通道的选择性普遍低于10，难以满足盐湖提锂的纯度要求。
针对上述挑战，研究团队提出了一种全新的“纳米摩擦差异化”动态分离策略。该研究以纳米摩擦动态表征技术与分子动力学模拟为工具，开发了基于二维铌酸盐钙钛矿氧化物纳米通道的高度有序分离膜。通过识别不同离子在传输过程中与通道壁之间的摩擦力差异，实现了对Li+/Na+、K+/Na+的高效分离，分离因子高达33~46，较现有分离膜提升一个数量级以上。研究进一步通过调控铌酸盐钙钛矿氧化物通道的几何对称性，实现了对Li+的单一识别。通过不同铌酸盐基分离膜的组合，成功从模拟盐湖卤水中将锂丰度提升至95%以上。该策略有望推动盐湖碱金属资源的综合利用，为新能源时代基础战略稀有元素的可持续供给提供全新路径。
该研究工作获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、天津市物质绿色创造与制造海河实验室等多方支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-71579-6
