本文是一篇综述性论文（类型b），作者为Ying Li、Zhen Yang和Peihua Ma，均来自中国沈阳东北大学（Northeastern University）冶金学院及辽宁省冶金传感器材料与技术重点实验室。该文于2023年5月18日发表在期刊《Metals》上，文章标题为《Research Progress on New Types of H2TiO3 Lithium-Ion Sieves: A Review》。文章系统综述了新型H₂TiO₃锂离子筛（lithium-ion sieve）的研究进展，重点关注其晶体结构、吸附机理、合成过程中影响吸附性能的因素以及高效回收方法，旨在为高性能、可循环使用的H₂TiO₃锂离子筛的制备与工业应用提供理论依据。
第一个主要观点是H₂TiO₃锂离子筛具有优异的吸附性能和结构稳定性，是目前从盐湖卤水中提取锂资源的重要策略之一。文章首先指出，随着新能源领域对锂资源需求的快速增长，锂价持续攀升，从液体锂矿中提取锂资源具有更大的发展潜力。在各类锂提取方法中，锰基锂离子筛虽然研究较多，但存在严重的歧化反应（disproportionation reaction）和酸性条件下Mn²⁺溶出的问题，限制了其工业应用。相比之下，H₂TiO₃锂离子筛的理论吸附容量高达142.9 mg/g，且Ti⁴⁺具有高化学稳定性，能够避免歧化反应和Jahn–Teller效应，因而钛溶损低、循环性能优异。这些特性使H₂TiO₃成为极具开发前景的钛基锂离子筛材料。
第二个主要观点涉及H₂TiO₃的晶体结构与吸附机理。文章从Li₂TiO₃的结构入手，说明Li₂TiO₃是一种层状单斜结构，空间群为C2/c，其中25%的锂原子位于（LiTi₂）层中，75%的锂原子形成纯锂层。通过酸洗脱锂，H⁺完全置换纯锂层和（LiTi₂）层中的Li⁺，从而得到H₂TiO₃。关于H₂TiO₃的晶体结构存在不同观点：Chitrakar等认为H₂TiO₃的XRD图谱与Li₂TiO₃前驱体相似，保持层状单斜结构；而Yu等通过XRD分析认为H₂TiO₃与前驱体差异显著，进一步提出H₂TiO₃是一种具有3R1氧层排列顺序的层状双氢氧化物（layered double hydroxide），可描述为电荷中性的金属羟基氧化物层堆叠。对于吸附机理，传统观点认为H₂TiO₃通过静电吸引进行Li⁺离子交换，不涉及化学键断裂；但Marthi等提出不同的机理，认为锂吸附涉及表面O–H键的断裂和O–Li键的形成。文章还引用了XPS分析结果，显示O²⁻含量与吸附容量呈正相关，说明O²⁻含量越高，Li⁺吸附位点越多，吸附性能越好。这一发现为设计高容量锂离子筛提供了理论依据。吸附动力学研究普遍符合准二级动力学模型（pseudo-second-order model），属于化学吸附过程，而等温吸附过程更多符合Langmuir模型。
第三个主要观点是合成工艺对H₂TiO₃吸附性能的影响。文章从钛源、合成方法和酸洗条件三个方面进行归纳。在钛源方面，TiO₂有非晶态（amorphous）、锐钛矿（anatase）和金红石（rutile）三种晶型。Zhang等的研究显示，锐钛矿型TiO₂制得的Li₂TiO₃具有更高的Li⁺抽出率和饱和吸附容量，最高可达39.2 mg/g。这是因为锐钛矿的[TiO₆]八面体与Li₂TiO₃的[TiO₆]结构相似，转化所需能垒较低。Li等则发现非晶态TiO₂也可制备出吸附容量达30.03 mg/g的吸附剂，拓宽了原料选择范围。此外，利用低品位钛渣等低成本原料制备的H₂TiO₃吸附容量可达27.8 mg/g，具有较强的工业应用前景。在合成方法方面，固相法（solid-phase method）适用于大规模生产，但晶粒较大；溶胶-凝胶法（sol-gel method）晶粒较小但Li⁺脱出困难；水热法（hydrothermal method）晶粒小、结构稳定，但颗粒过小导致回收困难。改进的固相法通过引入低温熔盐（如CH₃COOLi·2H₂O或LiCl）改善了混合均匀性并抑制团聚，从而提高了吸附性能；模板法（template method）制备的三维多孔H₂TiO₃比表面积达94.14 m²/g，在拜耳液中的吸附容量可达70 mg/g。在酸洗条件方面，HCl是最常用的洗脱剂，但柠檬酸（citric acid）作为弱多元酸可显著减少结构损伤，钛溶损仅为0.27%，Li⁺洗脱率达95.5%，吸附容量可达52 mg/g；而草酸和过硫酸钠虽然Li⁺洗脱率较高，但钛溶损过大，不宜作为理想洗脱剂。
第四个主要观点集中在H₂TiO₃的高效回收方法上。文章从掺杂、载体化以及大颗粒化三个方面进行阐述。在掺杂方面，Wang等通过固相反应制备了Fe掺杂的锂离子筛，其饱和磁化强度为13.76 emu/g，在外加磁场下可实现96%以上的分离效率，同时吸附容量达53.3 mg/g，优于未掺杂样品。在载体化方面，Yu等将H₂TiO₃负载在多孔碳膜上，所得H₂TiO₃/C复合材料约2小时即可达到平衡吸附量的80%，并表现出良好的稳定性和循环性能；Lawagon等利用静电纺丝技术将H₂TiO₃负载到聚合物纳米纤维上，其中H₂TiO₃/PANs具有最大的比表面积和最佳吸附性能；Limjuco等使用聚乙烯醇（PVA）泡沫作为载体，制备的H₂TiO₃/PVA复合材料具有类似海绵的特性，可通过挤压实现卤水的进出，具备良好的Li⁺选择性和循环性能；Zhang等将H₂TiO₃负载到陶瓷泡沫上，解决了粉体工程应用中易流失的问题。在大颗粒化方面，Chen等通过琼脂辅助策略合成了具有介孔结构的钛基离子筛，兼顾了高吸附容量和良好的分离能力。这些研究表明，通过合理的掺杂、载体化或造粒手段，可以在保持较高吸附性能的同时显著改善H₂TiO₃的回收与循环使用性能。
论文的学术价值和应用价值在于系统梳理了H₂TiO₃锂离子筛从结构、机理到合成与回收的全链条研究进展，为高性能锂离子筛的理性设计提供了理论指导。文章不仅总结了不同钛源和合成方法对吸附性能的影响规律，还探讨了酸洗条件、外部吸附环境等因素的作用，特别强调了通过掺杂和载体化解决纳米材料回收难题的策略。这些内容对于推动盐湖卤水提锂技术的工业化进程具有重要的参考意义，也为未来新型吸附材料的设计提供了有益的思路。