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3月20日，由美国德克萨斯农工大学（Texas A&M，TAMU）联合瑞士苏黎世联邦理工学院（Eidgenössische Technische Hochschule Zürich，ETH Zürich）提出了一种基于一维隧道结构ζ-V₂O₅的电化学⁶Li同位素富集方法，旨在解决传统汞齐法（COLEX）在毒性、可持续性和效率上的缺陷。
一、锂-6（⁶Li）的重要性
自然界中，锂原子以两种稳定同位素的形式存在，其中⁶Li仅占自然界元素的7.5%，剩下的92.5%是⁷Li。
现实情况是，这两种锂同位素极难分离。大多数情况下，只能使用依赖于汞的剧毒工艺大规模实现。由于这种工艺极易对环境产生破坏性影响，自1960年代开始，西方国家便放弃这种工艺，研究人员被迫依赖禁令之前生产的不断减少的⁶Li库存。
作为一种重要的稳定同位素，⁶Li主要用于核工业（如氚生产）和科研领域。在核聚变反应中，⁶Li可以作为氚增殖剂，通过与中子发生反应生成氚，继而维持核聚变反应的进行。同时，与中子反应时还会释放出大量的能量，这些能量如果能够有效的转换成热能，也能大大提高发电的效率。
二、传统制备方法
1.化学交换法（COLEX法）：利用锂同位素在两种化学相（如汞齐与锂盐水溶液）之间的分配系数差异进行分离。
2.电解法：利用锂同位素在电解过程中迁移速率的微小差异进行分离。
3.激光同位素分离法（LIS）：利用特定波长的激光选择性激发锂-6原子或分子，再通过物理/化学手段分离。
4.电磁分离法：利用磁场中带电锂离子运动轨迹的差异进行分离（类似质谱仪）。
5.离子交换色谱法：利用锂同位素在离子交换树脂中的吸附/解吸速率差异进行分离。
三、核心创新与实验结果
研究团队采用电化学法，在材料、技术上进行的创新：
1.核心创新
- 材料设计：利用亚稳态多晶型ζ-V₂O₅的一维隧道结构，通过锂离子选择性嵌入实现同位素分离。这种结构允许Li⁺在特定间隙位点（β、β'、C位点）嵌入，并伴随钒的还原（V⁵⁺→V⁴⁺），导致明显的颜色变化，可作为电荷状态的直观指示。
- 技术方法：采用混合电容去离子化（HCDI）技术，结合电容性吸附和法拉第反应，实现锂离子从水溶液中的高效捕获与释放。与传统的碳电极电容去离子化（CDI）相比，HCDI通过宿主材料体相存储离子，显著提升了选择性和存储容量。
2.关键实验结果
- 结构验证：通过X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和硬X射线光电子能谱（HAXPES）证实，Li⁺嵌入ζ-V₂O₅的一维隧道，而非仅表面吸附。原位扫描透射X射线显微镜（STXM）进一步展示了锂离子嵌入引起的钒氧化态变化。
- 同位素富集：二次离子质谱（SIMS）显示，单次电化学循环后⁶Li/Li同位素比值从天然丰度7.59%提升至8.02%，富集因子δ达57%，优于传统COLEX工艺（δ≈60%，但需低温条件）。
- 机制解析：分子动力学模拟（AIMD）表明，⁶Li因质量较轻，在隧道迁移中与氧配位环境的相互作用更弱，导致其滞留时间更长，而⁷Li因质量较大、迁移速率更快，最终实现热力学驱动的⁶Li选择性富集。
虽然目前团队只分离出不到一克的⁶Li，但他们希望迅速扩大产量，使其能够生产数十公斤的同位素。研究还表明，通过多级循环（如45次循环），⁶Li纯度可提升至90%，满足核反应堆需求。
该方法通过可再生电能驱动，可连续富集⁶Li，为核聚变燃料（氚）的大规模生产提供了高效、环保的解决方案。
参考链接：
- https://www.newscientist.com/article/2473042-nuclear-fusion-fuel-could-be-made-greener-with-new-chemical-process/
- https://www.cell.com/cms/10.1016/j.chempr.2025.102486/attachment/d559258c-606b-4ec7-bd77-158642aa8932/mmc5.pdf