Design of Photothermal “Ion Pumps” for Achieving Energy-Efficient, Augmented, and Durable Lithium Extraction from Seawater

海水 光热治疗 材料科学 离子 锂(药物) 纳米技术 化学 有机化学 医学 海洋学 地质学 内分泌学
作者
Haonan Li,Chao Zhang,Jia‐Hui Xin,Yuwei Liu,Hao‐Cheng Yang,Cheng‐Ye Zhu,Chang Liu,Zhi‐Kang Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (3): 2434-2445 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c10910
摘要

Extracting lithium from seawater has emerged as a disruptive platform to resolve the issue of an ever-growing lithium shortage. However, achieving highly efficient and durable lithium extraction from seawater in an energy-efficient manner is challenging, as imposed by the low concentration of lithium ions (Li+) and high concentration of interfering ions in seawater. Here, we report a facile and universal strategy to develop photothermal "ion pumps" (PIPs) that allow achieving energy-efficient, augmented, and durable lithium extraction from seawater under sunlight. The key design of PIPs lies in the function fusion and spatial configuration manipulation of a hydrophilic Li+-trapping nanofibrous core and a hydrophobic photothermal shell for governing gravity-driven water flow and solar-driven water evaporation. Such a synergetic effect allows PIPs to achieve spontaneous, continuous, and augmented Li+ replenishment–diffusion–enrichment, as well as circumvent the impact of concentration polarization and scaling of interfering ions. We demonstrate that our PIPs exhibit dramatic enhancement in Li+ trapping rate and outstanding Li+ separation factor yet have ultralow energy consumption. Moreover, our PIPs deliver ultrastable Li+ trapping performance without scaling even under high-concentration interfering ions for 140 h operation, as opposed to the significant decrease of nearly 55.6% in conventional photothermal configuration. The design concept and material toolkit developed in this work can also find applications in extracting high-value-added resources from seawater and beyond.
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