形貌调控的LiAl-LDH多层膜用于高效锂回收与循环利用的技术突破

针对传统锂回收技术效率低、浓度适用范围窄的问题，韩国研究人员通过铝基底界面调控构建多层LiAl-LDH（层状双金属氢氧化物）结构，发现醋酸根诱导的晶体形貌优化可使锂吸附量提升3倍（134 μg Li/cm2），循环稳定性超80%。该技术为高浓度锂资源提取提供了无需膜分离的绿色方案。

　　

随着全球对锂离子电池需求的爆发式增长，高效回收锂资源成为能源领域的重大挑战。传统方法如蒸发结晶、溶剂萃取等存在能耗高、二次污染等问题，而基于层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide, LDH）的吸附法虽成本低廉，却受限于窄浓度适应范围（仅100 mM附近）和循环效率衰减（低至60%）。更棘手的是，不同阴离子体系下LDH晶体生长机制不明确，导致锂吸附性能差异显著。针对这些瓶颈，韩国国立研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表研究，通过精准调控LiAl-LDH多层膜形貌，实现了宽浓度范围内锂回收效率的突破性提升。

研究采用铝金属基底原位氧化法，结合尿素水解调控pH，系统比较了Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-和CH₃COO^-四种阴离子对LiAl-LDH晶体生长的影响。通过扫描电镜观察晶体形貌，X射线衍射分析层状结构，并采用原子吸收光谱定量锂吸附量。特别关注了醋酸根诱导的二次成核现象及其对多层结构的构建机制。

结果与讨论

1. 阴离子依赖性晶体生长：醋酸锂溶液中的LiAl-LDH呈现独特微米级粉末附着特征，晶体尺寸较其他阴离子体系增大3倍，锂吸附量达134 μg/cm²，归因于醋酸根缓冲作用延缓成核速率。
2. 多层结构构建：通过脱锂-再吸附循环，在铝基底上形成具有分级孔隙的LiAl-LDH多层膜，比表面积增加使活性位点暴露率提升80%。
3. 宽浓度适应性：优化后的多层结构在50-500 mM锂浓度范围内保持稳定吸附效率，突破传统LDH的100 mM限制。

结论
该研究首次阐明阴离子类型通过调控LDH晶体超饱和度和界面能影响锂吸附性能的机制，特别是醋酸根诱导的"晶体生长-粉末附着"协同效应。所开发的多层膜技术无需复杂后处理即可实现三次循环后80%以上的效率保持率，为盐湖提锂、废旧电池回收等场景提供了革新性解决方案。Yongju Lee和Duk-Young Jung团队的工作不仅推进了LDH材料设计理论，更为全球锂资源可持续开发提供了关键技术支撑。