“双碳”目标下，新能源产业对铀、铜、金等关键金属需求激增，但传统提取技术存在高污染、低效率、需化学再生等痛点。中科院青岛能源所团队从生物钙离子通道中汲取灵感，开发出仿生膜分离技术，可高效绿色分离多种关键金属，成果发表于《自然・纳米技术》。
高军团队发现，生物钙离子通道具有“吸附越强，传输越快”的反常性能，可在高浓度钠离子环境中精准快速传输钙离子。这源于两大机制：一是“异常摩尔分数效应”（AMFE）实现超高选择性，二是离子单线状排列诱导快速集体输运。
团队提出假说：在人工膜中构建单离子尺寸一维通道并修饰高亲和力功能基团，可复刻生物通道性能。他们选用COF材料为平台，在其孔壁引入对铀酰离子亲和力极强的偕胺肟基团。
通过系列仪器表征验证材料合格：借助傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和X射线光电子能谱仪（XPS）确认基团接枝成功；用扫描电子显微镜（SEM）观察膜的均匀完整性；通过透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）验证孔道结构未被破坏。
团队搭建定制电渗析测试装置，配合电化学工作站，以0.2V低电压驱动，用真实海水测试。
测试显示，该仿生膜铀提取通量达87.6 mg g⁻¹ day⁻¹，比传统吸附材料快一个数量级；对钒的选择性高达734，优于现有最佳材料，且无需化学再生，实现绿色高效。
该机制具有普适性，更换吸附基团可拓展至铜、金等金属分离，适配多种膜分离方法，是通用平台型技术。
这项研究打破行业固有悖论，有望推动关键金属提取技术绿色变革，为我国关键矿产供应链提供支撑。目前团队正攻克规模化制造难题，推动技术落地。
在 “双碳” 目标加速推进的当下，风能、光伏、核能等清洁能源产业的爆发式增长，让铀、铜、金这类支撑新能源发展的关键金属需求一路飙升。但长期以来，传统的关键金属提取技术始终绕不开几个痛点：要么依赖大量有机溶剂、强酸等化学试剂，成本高还污染重；要么吸附法效率低下，还需要反复再生，带来二次污染。
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