我校王美玲团队在《Nature Communications》发表水凝胶光热海水提锂最新研究成果

我校材料科学与工程学院山西省科技创新人才青年团队带头人王美玲副教授联合香港城市大学吕坚院士与新加坡国立大学Swee Ching Tan教授在海水光热提锂领域取得新突破。研究成果以“Adsorption-responsive bionic photothermal ion pump for reversible seawater lithium extraction”为题于2025年10月3日发表在国际顶级学术期刊《Nature Communications》。该论文的第一署名单位为太原理工大学。

全球锂资源需求的持续攀升，使得储量巨大的海水成为极具潜力的“液态锂矿”。然而，海水中锂的极低浓度与超高钠锂比，对提锂材料及相关技术构成了严峻挑战。针对这一科学难题，王美玲副教授团队为此展开深入研究。本研究以合欢树为仿生原型，通过原位交联-离子交换策略，成功设计并构建了一种集成多种仿生功能的“吸附响应型光热离子泵（Adsorption-Responsive Photothermal Ion Pump, APIP）”。该APIP的核心在于实现了Mn系锂离子筛在互穿网络水凝胶基质中的均匀“限域”。此设计不仅有效解决了传统锂离子筛在造粒过程中普遍面临的性能衰减与活性组分溶出损耗问题，更利用其独特的吸附响应溶胀特性，显著增加了吸附位点的暴露，从而实现了Li⁺吸附容量的提升，甚至超越了锂离子筛粉末本身。这为低浓度、高钠锂比体系下的海水提锂提供了一种高效的材料解决方案。APIP体系展现出“越吸附-越溶胀-越溶胀-越吸附”的正反馈循环机制（图1）。户外实验证实，APIP可在太阳能驱动下实现稳定的锂提取与净水联产，彰显了其零额外能耗、可持续运行的优势，高度契合全球能源转型对绿色低碳工艺的迫切需求。

在应用前景方面，APIP不仅在不同海域及盐湖等复杂电解质环境中表现出优异的Li⁺选择性与循环稳定性，更有望构建海水资源梯级回收体系。这为协同解决水资源短缺与关键战略矿产提取难题提供了新的研究思路与技术途径。

图1 APIP的设计灵感。a合欢花数码照片。b模仿合欢树离子泵和蒸腾过程的APIP增强Li⁺提取示意图。c模仿合欢花光热响应行为的APIP增强和稳定Li⁺提取示意图

本工作得到国家自然科学基金面上项目（22378289）和山西省科技创新人才青年团队项目（202304051001026）的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63890-5