光によってイオン分離を制御(Light controls the separation of ions)

2026-09-28 マックス・プランク研究所

光と電圧でイオンの透過性を制御できる多層ナノ膜を、マックス・プランク研究所とカナダ・アルバータ大学の研究チームが開発した。膜は、ナノチャネルを持つ陽極酸化アルミニウム、光応答性の窒化炭素、正に帯電したポリイオン液体の3層構造で、光照射と電圧印加によってチャネル内部の電気的環境を変化させ、イオン輸送を動的に制御する。実験では、複雑な多イオン溶液中でも、リチウムイオンのマグネシウムイオンに対する選択性が約228倍、カリウムでは約560倍に達した。イオンごとの水和殻や電荷、ナノチャネルとの相互作用の違いを利用するもので、従来の膜組成・構造だけでなく、光と電場を外部刺激として分離性能を調整できる点が特徴である。リチウム資源からのリチウム・マグネシウム分離など、資源回収への応用が期待される。

光によってイオン分離を制御(Light controls the separation of ions)
The hierarchically structured membrane consists of three layers that enable the selective separation of ions using light and an electric field. © MPIKG

<関連情報>

光静電ゲートによる一価イオンと二価イオンの分離のための階層構造膜 Hierarchical Membrane for Photoelectrostatically Gated Monovalent-Divalent Ion Separation

Enis Oğuzhan Eren, Xuesong Xie, Zhi Li, Paolo Giusto
Angewandte Chemie International Edition  Published: 10 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.7341167

ABSTRACT

Monovalent-divalent ion separation remains a significant challenge for the selective recovery of ions from aqueous solutions. Here, we report a hierarchical membrane composed of a poly(ionic liquid) photo-grafted onto a carbon nitride thin film supported on porous anodic aluminum oxide. Under concentration gradient-driven natural diffusion, the membrane establishes a baseline level of monovalent-divalent selectivity. However, upon application of light and bias as external stimuli, the hierarchical membrane enables light-assisted modulation of ion transport, resulting in a significant increase in monovalent-divalent selectivity by over 200 times for Li+/Mg2+ and over 500 times for K+/Mg2+. Ion selectivity arises from hydration-dependent mobility and electrostatic confinement within charged nanochannels. This work establishes a simple method to prepare hierarchical membranes for dynamically regulating ion transport and provides design principles for advanced monovalent-divalent ion separation.

0505化学装置及び設備
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