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太原理工大學劉旭光教授團隊CEJ: 空隙自調節鋰離子篩納米水凝膠
2022-05-09  來源:高分子科技

  鋰離子電池的發明和應用,讓人類實現無化石能源的社會成為可能。從2021年開始,全球鋰電池市場需求明顯提升。在新能源浪潮下,鋰資源成為最大的需求之一,但目前鋰有效供給不足。開發陸地鋰資源擁有著局限性,如礦石提鋰,需要消耗很多電能,同時有破壞自然環境的風險,還面臨著資源枯竭的問題。海水中幾乎有著“取之不盡、用之不竭”的鋰資源,因此開發海水中的鋰資源意義重大。


文章摘要圖


  近期,太原理工大學材料科學與工程學院劉旭光教授團隊制備了一種互穿多孔的鋰離子篩(LIS)納米網絡水凝膠 (1)。該工作的創新之處在于通過調整識別位點LIS (λ-MnO2)納米顆粒的摻雜量,不僅原位調控了納米復合水凝膠的孔隙結構(圖2,同時還保證了其韌性和力學性能 (3)該復合材料展示出較高的鋰吸附性能,應用于模擬海水鋰提取,顯示出較高的循環穩定性。該工作以Highly Flexible Interconnected Li+ ion-sieve Porous Hydrogels with Self-regulating Nanonetwork Structure for Marine Lithium Recovery為題發表在《Chemical Engineering Journal上,文章第一作者是太原理工大學2019碩士研究生生孟志翔,指導老師為太原理工大學劉旭光教授和王美玲副教授,該研究得到了國家自然基金(青年和面上項目)的支持。


1. λ-MnO2@IPNG水凝膠的制備路徑


2. 純互穿凝膠及納米復合凝膠隨LIS負載量變化的孔結構截面形貌圖

 

3. LIS納米水凝膠的實物圖

 

4. LIS (λ-MnO2)納米顆粒和含25wt.% λ-MnO2的雜化水凝膠的結構特性aλ-MnO2SEM圖像;bTEM圖像和插圖為λ-MnO2對應的粒徑分布曲線;cλ-MnO2HRTEM圖像插圖為快速傅里葉變換 (FFT) 圖像d,脫水的λ-MnO2@IPNG水凝膠的橫截面掃描電鏡圖像;e,對應的TEM圖像;f,脫水的λ-MnO2@IPNG水凝膠的HRTEM圖像;gλ-MnO2@IPNG水凝膠的STEM圖像及其相應的EDS映射h,脫水的λ-MnO2@IPNG水凝膠的表面掃描電鏡圖像;iLiMn2O4(I)λ-MnO2(II)λ-MnO2@IPNG (III) 和純IPNG水凝膠 (IV) XRD圖譜。

 

  該工作是團隊近期關于海水提取Li+的最新進展之一。鋰離子篩 (LIS納米顆粒不易回收往往給實際應用帶來了巨大困擾。為此團隊在具有三維 (3D) 分級多孔結構的互穿聚合物水凝膠中引入LISLIS的引入不僅調整了水凝膠的孔隙結構,避免了額外造孔劑的引入為選擇性提取Li+提供了更多的活性位點,應用于模擬海水提鋰,在海水環境下顯示了極好的吸附性能。



  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136780


 

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(責任編輯:xu)
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