我院碳功能材料团队在纳米水凝胶领域取得最新进展

发布日期:2022-05-12  浏览量:

锂离子电池的发明和应用,让人类实现无化石能源的社会成为可能。从2021年开始,全球锂电池市场需求明显提升。在新能源浪潮下,锂资源成为最大的需求之一,但目前锂有效供给不足。开发陆地锂资源拥有着局限性,如矿石提锂,需要消耗很多电能,同时有破坏自然环境的风险,还面临着资源枯竭的问题。海水中几乎有着取之不尽、用之不竭的锂资源,因此开发海水中的锂资源意义重大。



                                             

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文章摘要图

近期,我院刘旭光教授团队制备了一种互穿多孔的锂离子筛(LIS)纳米网络水凝胶 (1)。该工作的创新之处在于通过调整识别位点LIS (λ-MnO2)纳米颗粒的掺杂量,不仅原位调控了纳米复合水凝胶的孔隙结构(图2),同时还保证了复合水凝胶的韧性和力学性能 (3)。该复合材料展示出较高的锂吸附性能,应用于模拟海水锂提取,显示出较高的循环和结构稳定性,作者对此进行了详细表征及分析。该工作以“Highly Flexible Interconnected Li+ ion-sieve Porous Hydrogels with Self-regulating Nanonetwork Structure for Marine Lithium Recovery”为题发表在《Chemical Engineering Journal上,文章第一作者是太原理工大学2019硕士研究生生孟志翔,课题组的王美玲副教授和团队刘旭光教授为文章的共同通讯作者,该研究得到了国家自然基金(青年和面上项目)的支持。





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1. λ-MnO2@IPNG水凝胶的制备路径



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3. LIS纳米水凝胶的实物图

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4. LIS (λ-MnO2)纳米颗粒和含25wt.% λ-MnO2的杂化水凝胶的结构特性aλ-MnO2SEM图像;bTEM图像和插图为λ-MnO2对应的粒径分布曲线;cλ-MnO2HRTEM图像(插图为快速傅里叶变换 (FFT) 图像);d,脱水的λ-MnO2@IPNG水凝胶的横截面扫描电镜图像;e,对应的TEM图像;f,脱水的λ-MnO2@IPNG水凝胶的HRTEM图像;gλ-MnO2@IPNG水凝胶的STEM图像及其相应的EDS映射图;h,脱水的λ-MnO2@IPNG水凝胶的表面扫描电镜图像;iLiMn2O4 (I)λ-MnO2 (II)λ-MnO2@IPNG (III) 和纯IPNG水凝胶 (IV) XRD图谱。


该工作是团队近期关于海水提取Li+的最新进展之一。锂离子筛 (LIS) 纳米颗粒不易回收往往给实际应用带来了巨大困扰。为此团队在具有三维 (3D) 分级多孔结构的互穿聚合物水凝胶中引入LISLIS的引入不仅调整了水凝胶的孔隙结构,避免了额外造孔剂的引入,还为选择性提取Li+提供了更多的活性位点,应用于模拟海水提锂,在海水环境下显示了极好的吸附性能。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136780


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团队照片

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