近日，新南威尔士大学倪丙杰教授团队在 Sustainable Horizons 发表封面文章。文章深入探讨了元素掺杂对于锂离子筛晶格结构及锂吸附性能的影响， 详细阐述了当前在提高锂离子筛结构稳定性和吸附选择性方面元素掺杂技术面临的技术障碍与挑战。 此外，文章还讨论了经过元素掺杂处理的锂离子筛在盐湖提锂领域的应用潜力及其未来发展前景。

1. A pioneering examination of Li+ ion adsorption using heteroatom doped LISs.

2.Various heteroatom doped LISs are comprehensively analyzed.

3. Effects of dopants on the adsorption behavior of LISs are elucidated.

4. Key recommendations for further research directions in the realm of heteroatom doped LISs.

锂元素在推动当代科技革新，尤其是在电动汽车和便携式电子产品的锂基电池技术发展中，扮演着至关重要的角色。

其独特的电化学属性和高能量密度使得锂及其衍生的储能解决方案对于实现全球清洁能源转型和高效能量存储具有不可替代的价值。

在这一背景下，锂离子筛（LISs）技术因其在从盐湖卤水中高效、选择性地提取锂方面的独特优势而受到重视。

尽管如此，该技术在实际应用中仍面临一系列挑战，包括材料的结构稳定性（Mn ³⁺ 和Ti ⁴⁺ 的溶出）和吸附性能的局限性。

元素掺杂技术的引入为解决上述挑战提供了一条有效途径，显著提升了锂离子筛的吸附性能和结构稳定性，并因此在盐湖提锂技术中占据了重要地位。

通过在锂离子筛材料中引入特定的掺杂元素，可以实现对其化学稳定性和物理性能的优化，从而增强对锂离子的选择性吸附能力。

这种策略不仅提高了从含有多种离子的复杂卤水中提取锂的效率，还通过改善材料的微观结构和表面性质，如孔隙尺寸分布和表面活性位点，优化了吸附动力学和热力学过程。

因此， 掺杂技术不仅关键于锂离子筛性能的提升，而且对于实现高效率、环境友好和经济可行的锂资源回收具有重大意义。

要深入分析元素掺杂对LISs结构稳定性和吸附性能的影响，首先需要理解掺杂机制对这些材料特性的作用方式。

掺杂策略主要包括阳离子掺杂、阴离子掺杂和共掺杂，每种方法对LISs的性能和结构稳定性有着独特的影响。

通过对近年来发表的相关文献进行统计和分析，可以揭示出这些掺杂策略如何优化LISs的性能，特别是在盐湖提锂的应用中。

元素掺杂可以通过改变锂离子筛的表面性质和晶格结构来提高其对锂离子的吸附能力和选择性。

具体而言，掺杂可以发生在材料的表面（表面掺杂）或内部晶格中（晶格掺杂），其主导位置取决于掺杂元素的引入时机和方法。

在LMO的异原子掺杂研究领域中，采用不同价态离子进行掺杂，目的在于替换LMO结构中的锂元素和锰元素，这种方法引发了各自独特的基础机制。

单价和多价阳离子的掺杂针对的是LMO结构中的锂和锰，而阴离子掺杂主要替换的是氧元素。

掺杂修饰的核心目标是提升LMO的结构稳定性以及其吸附性能，因此，引入的离子应对结构的稳定性产生正面效应。

增强LMO稳定性的方法主要有两种。

第一种是通过引入能够促进形成更稳固、持久化学键的离子，这种方法加强了尖晶石结构，在酸性交换和高盐度吸附过程中保持了结构的一定稳定性，进而减缓了Mn3+离子的溶解速率。

第二种方法则是通过引入离子改变LMO的整体价态，减少结构中Mn ³⁺ 离子的比例，以此减轻在吸附过程中可能发生的歧化反应。

在此背景下，研究者探索了LiMn ₂ O ₄ 和Li _1.6 Mn _1.6 O ₄ 基底的掺杂策略，旨在通过用不同价态的离子替换尖晶石结构中的特定元素，从而增强LMO的性能。

主要的单价元素用于掺杂的包括钠（Na ⁺ ）和钾（K ⁺ ），而多价元素则包括镁（Mg ²⁺ ）、镓（Ga ³⁺ ）、锆（Zr ⁴⁺ ）、铝（Al ³⁺ ）、铁（Fe ³⁺ ）和铬（Cr ³⁺ ）。

多价元素掺杂的效果在很大程度上依赖于掺杂离子与锰离子之间的离子半径差异。

较大的离子半径可以引起晶体膨胀，增加孔隙度，从而促进吸附过程；而较小的半径则可能导致晶体收缩，增加比表面积，为锂离子吸附提供更多活性位点。

通过这些策略，异原子掺杂不仅强化了LMO的结构稳定性，还提高了其对锂离子的吸附效率，展现了通过精细调控材料结构和化学性质来优化性能的潜力。

在LTO的异原子掺杂研究领域中，LTO的传统合成方法依赖于高温固态反应过程，该过程因高温而常见粒子聚集现象，这种聚集不仅影响材料的均匀性，还可能削弱其在能量存储和转换应用中的性能。

为了克服这一挑战，科学家们采用了离子掺杂策略，这一策略在合成阶段有效减少了粒子的聚集，进而显著提高了LTO的性能。 此外，离子掺杂不仅优化了材料的物理结构，还引入了新的功能特性。

例如，通过铁掺杂，LTO获得了磁性质，这一特性极大地简化了掺杂材料的回收过程，增加了其在多次循环使用中的可持续性。

同时，引入电负性更强的铝离子，可以有效提升掺杂LTO对锂离子的吸附能力，从而在提高能量密度和循环稳定性方面发挥重要作用。

这些改进不仅增强了LTO的吸附效率，还为其在先进能量存储系统中的应用提供了新的可能性。

表1  不同类型的LTO吸收表现

表一给出了元素掺杂后LMO和LTO在实际盐湖卤水中的运用，结果表明 经过阴离子掺杂和共掺杂的LMO，以及异原子掺杂的LTO，在盐湖卤水中的应用展现出显著的前景。尤其是异原子掺杂的LTO，在单溶液吸附过程中展现出卓越的循环性能。

这些材料通过结构和功能的优化，不仅提高了锂的选择性吸附效率，还增强了材料的稳定性和可重复使用性，为盐湖卤水中的锂资源回收提供了高效、可持续的解决方案。

本文深入探讨了元素掺杂LISs在盐湖卤水中提高锂回收效率的关键作用，这一进展对优化全球水资源管理和应对不断增长的锂需求具有重要意义。

尤其是LMO和LTO这两类主要的LISs，它们在存在K ⁺ 、Ca ²⁺ 、Na ⁺ 和Mg ²⁺ 等多种共存离子的复杂环境中，仍然展现出了对锂离子的高度选择性吸附能力。

然而， 这些系统面临的挑战，如Mn ³⁺ 或Ti ⁴⁺ 离子的溶解引发的稳定性问题，以及在合成过程中发生的粒子聚集现象，不容忽视。

通过引入元素掺杂，包括阳离子掺杂、阴离子掺杂以及共掺杂策略，可以显著改善上述挑战。

这种掺杂不仅稳定了LMO的价态，减少了LTO中的粒子聚集，而且根据掺杂剂的性质和合成阶段的不同，掺杂作用可能发生在材料表面或晶格内部。

这些技术改进使得掺杂后的LISs在稳定性、对干扰离子的选择性以及使用周期方面取得了显著的提升，为从盐湖卤水中高效提取锂提供了有力的技术支持。

此外，本文还指出了该领域面临的主要挑战和未来研究的方向，如提高修饰方法的效率、扩大LISs在实际应用中的规模、深入解析掺杂机制的复杂性以及确保吸附剂的环境稳定性和使用后的安全处理。

通过对这些关键问题的系统性探讨和解决，未来的研究将能够推动LISs技术在全球锂资源可持续开发和利用中发挥更加重要的作用。

（来源：可持续视野）