Ученые из Сямыньского университета и Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики создали искусственную мембрану, которая копирует природные механизмы избирательного транспорта ионов. Она разделяет однозарядные (Li⁺, Na⁺, K⁺) и двухзарядные (Mg²⁺, Ca²⁺) ионы с рекордной эффективностью — соотношение достигает 10 000:1.

Результаты опубликованы в издании Science Bulletin.

Секрет в конструкции: мембрана состоит из оксида графена с полимерными «воротами» из полиакриловой кислоты (PAA). Когда в растворе появляются ионы-сигналы (например, алюминий Al³⁺), они связываются с PAA и физически перекрывают путь двухзарядным ионам, пропуская только однозарядные. Это похоже на работу биологических мембран, которые открывают и закрывают каналы в ответ на химические сигналы.

Как это работает на молекулярном уровне

• Ионы алюминия «садятся» на PAA, меняя заряд поверхности.
• Двухзарядным ионам (Mg²⁺) нужно преодолеть высокий энергетический барьер — их окружает плотная «шуба» из противоионов.
• Однозарядные (Li⁺) проскакивают легко — их оболочка тоньше.

Где пригодится

• Добыча лития — отделение Li⁺ от Mg²⁺ в соленых озерах.
• Очистка воды — мгновенное удаление тяжелых металлов.

Главный прорыв — возможность дешево и быстро добывать литий для аккумуляторов. Сейчас его выделяют из солевых растворов выпариванием, тратя месяцы и тонны химикатов. Мембрана сократит процесс до часов. Вторая перспектива — фильтрация воды: представьте кран, который задерживает свинец и ртуть, но пропускает полезные минералы.

Исследование не отвечает на ключевой вопрос: как поведет себя мембрана в реальных условиях, например, при долгом контакте с агрессивными средами? Оксид графена со временем расслаивается в воде — авторы умалчивают о стабильности материала после 1000 циклов.

Ранее ученые сообщили, как искусственные мембраны отбирают редкоземельные элементы.