具有精准离子选择性的离子传输膜在包括海水淡化、电池隔膜和资源回收的众多工业应用中起到了至关重要的作用。例如，在盐湖提锂中，离子膜能够从盐湖中获取锂资源，成为保障锂电池市场不断发展的重要途径之一。

然而，卤水中的锂浓度低且镁锂比高，这些特征给膜材料的设计和制备提出了新的要求——如何提高膜材料对于目标离子的识别能力以实现高分辨的锂镁分离，保证经济高效的高纯锂资源的获取。

生物离子通道的巧妙构造为高性能膜材料的设计提供了范式。浙江大学张庆华教授团队通过研究生物离子通道，以三嗪共价有机框架（COF）膜为基础，提出了一种创新分离策略。通过控制COF膜的孔径，并在孔道中为Mg²⁺构建能量阱，使得COF膜能够以高分辨率进行锂镁识别，实现高效锂资源的获取。

作者首先在COF孔道中引入了与阳离子具有偶极-偶极相互作用的三嗪基团。同时，为了给Mg²⁺构建能量阱，作者还使用了与Mg²⁺具有较高结合能的磺酸基团对COF膜进行功能化。通过调控磺酸基侧链的长度迫使Mg²⁺脱去部分水合层，从而使Mg²⁺暴露出更多的有效正电荷；同时维持Li⁺的水合层，以最大化Li⁺和Mg²⁺之间的电荷差异。最终，暴露出更多有效正电荷的Mg²⁺被束缚在由三嗪基团和磺酸基团构建的能量阱中。而Li⁺周围水合层的存在，以及孔道中适当的亲水环境减少了Li⁺与基团之间的相互作用，并允许Li⁺利用磺酸侧链进行跳跃，从而实现快速传输。

DFT计算和MD模拟结果表明，由于三嗪基团与阳离子的偶极-偶极相互作用，Li⁺和Mg²⁺在三嗪基团周围会反复经历吸附-脱附过程，从而表现出极低的渗透速率。引入磺酸基团后，Mg²⁺被困在能量阱中，保持低渗透速率。而Li⁺在磺酸基团的辅助下进行跳跃传输，并且由于孔道的亲水性和Li⁺水合层的存在，孔道对Li⁺扩散产生的粘性效应很小。在磺酸柔性链的摆动下，Li⁺能够很轻易的从一个磺酸基团跳跃至下一个磺酸基团，从而完成快速传输过程。

最终，磺酸功能化的三嗪共价有机框架膜在高盐度二元离子溶液中表现出快速的Li⁺渗透速率、高锂回收率和卓越的Li⁺/Mg²⁺选择性，实现了高纯度锂资源的获取。该工作中阐述的离子传输和分离机制为应对精准提取高价值离子的挑战提供了可能。

Dehydration-enhanced Ion Recognition of Triazine Covalent Organic Frameworks for High-resolution Li+/Mg2+ Separation

Wentong Meng, Sifan Chen, Ming Wu, Feng Gao, Prof. Yang Hou, Prof. Xiaoli Zhan, Wei Hu, Lijun Liang, Prof. Qinghua Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202422423