磺酸基功能化二维共价有机框架材料实现锂离子高效吸附分离的突破性研究

针对现有锂离子(Li+)吸附材料容量低、稳定性差的问题，研究人员设计合成了磺酸基(-SO3H)修饰的共价有机框架(COFs)材料TpPa-SO3H和TpBd-SO3H。通过溶剂热法构建的COFs展现出145 mg/g的超高Li+吸附容量，且在多离子共存体系中保持优异选择性。该研究为战略金属锂的高效回收提供了新型功能化多孔材料设计范式。

　　

随着新能源产业的爆发式增长，锂资源已成为21世纪的"白色石油"。然而现有提锂技术面临严峻挑战：传统吸附材料如冠醚修饰介孔硅的锂吸附容量仅5-30 mg/g，且功能基团接枝密度低；盐湖卤水中高浓度Na⁺、K⁺、Mg²⁺的干扰使得Li⁺选择性分离困难重重。共价有机框架(COFs)因其可设计的孔道结构、高比表面积和易功能化特性，为解决这一难题提供了新思路。

中国某研究团队在《Desalination》发表的研究中，通过溶剂热法将磺酸基(-SO₃H)共价整合到二维COFs骨架中，成功制备出TpPa-SO₃H和TpBd-SO₃H两种新型吸附材料。研究采用粉末X射线衍射(PXRD)和氮气吸附-脱附表征材料结构，结合密度泛函理论(DFT)计算阐明吸附机制，通过电感耦合等离子体光谱(ICP)定量分析吸附性能。

【Synthesis and structural characterization】
通过三醛基间苯三酚(Tp)与磺化二胺单体的希夫碱反应，构建了具有不同孔径的结晶性COFs。TpPa-SO₃H的BET比表面积达980 m²/g，孔径分布显示1.8 nm的规则孔道，PXRD证实其具有AA堆叠的二维层状结构。

【Conclusions】
TpPa-SO₃H展现出创纪录的145 mg/g锂吸附容量，是传统材料的5-8倍。DFT计算揭示其高性能源于三个协同机制：1)骨架中π-π共轭形成的电子富集区；2)均匀分布的-SO₃H基团与Li⁺的强静电作用；3)C=O等电负性基团的额外结合位点。材料在pH 2-12范围内保持稳定，且对Li⁺/Mg²⁺分离因子达15.7。

该研究首次将-SO₃H功能化COFs应用于锂吸附领域，其提出的"预修饰-多位点协同"设计策略为高容量吸附材料开发提供了新范式。这种材料在盐湖提锂、废旧锂电池回收等领域具有重大应用前景，为实现锂资源可持续发展提供了关键技术支撑。