探索二维膜材料空间结构，看低场核磁提供全新视角

背景

近年来，随着新能源领域的快速发展，对锂离子(Li⁺)的需求迅速增长。从盐湖卤水中提取锂离子（Li⁺）是锂的最重要来源之一。然而，大多数卤水中含有高浓度的镁离子（Mg²⁺），而Li⁺的浓度相对较低，这严重阻碍了锂资源的利用。目前从盐湖卤水中提取 Li⁺的首要问题是 Li⁺与 Mg²⁺的选择性分离较差。在最先进的分离方法中，二维膜技术在Li⁺/Mg²⁺分离方面表现突出。然而，Li⁺/Mg²⁺分离膜的发展面临着渗透性能和选择性之间的平衡难题。在这种情况下，优化膜的微观结构是打破这种难题并提高分离性能的关键。二维材料，即厚度为单个或几个原子层的材料，已被广泛用于制备高分离性能的膜材料。

在这项应用中，作者通过将功能性 ZIF – 8 纳米粒子原位沉积到层状双氢氧化物（MLDH）膜中框架缺陷的纳米孔中，获得了具有高锂离子（Li⁺）渗透性和出色稳定性复合膜（ZIF – 8@MLDH）。

此外，作者创新性的使用低场核磁设备表征了分离膜的微观结构，这用传统的XRD或者电镜测试是无法实现的，低场核磁设备的应用为深入理解二维膜材料的空间结构提供了新的思路。

低场核磁共振技术用于表征二维膜材料微观结构

图1：水和乙醇携带ZIF-8纳米粒子做探针的弛豫时间谱图

该应用用水或乙醇携带ZIF-8纳米粒子做探针，表征二维材料的的微观结构。二维材料作为分离膜对物质主要有三种作用，首先是纳米片层之间的区域，该区域空间狭小且冗长，对探针的限制性很大，会导致物质的弛豫时间非常短(0.1-10 ms)；其次是纳米片缺陷位置区域，该区域对探针的限制性中等，弛豫时间在10 -10³ ms范围，最后是自由空间，探针在自由空间完全不受限制，弛豫时间较长(10³-10⁴ms)。从图1我们可以看出，代表纳米片层间的0.1-10 ms时域内未发生变化，说明ZIF-8纳米粒子没有沉积在二维材料层之间，
10 -10³ ms时域范围内出现了峰形，意味着ZIF-8纳米粒子在二维膜框架的缺陷处发生了沉积，通过该实验确定了ZIF-8纳米粒子沉积的区域。

总结

本应用使用了低场核磁设备表征了分离膜的微观结构，为二维材料空间结构研究提供了新的思路。

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参考文献

【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.