这是一篇由北京航空航天大学材料科学与工程学院的王奇峰、孟淑娟、李晓虎、梁大为以及北京大学环境科学与工程学院的吴庆浩共同撰写的综述文章，发表于期刊 Desalination 第641卷（2027年），文章编号为120845。该文属于类型b，即科学文献中的综述论文。文章系统梳理了用于复杂卤水直接提锂的锂选择性电极（lithium-selective electrodes，LSEs）的研究进展，核心关注选择性机制、性能评价指标以及代表性电极材料的设计与改性策略。
文章首先指出了锂资源供需失衡的严峻现实。锂被誉为“白色石油”，其在电池领域的消费占比从2010年的23%飙升至2024年的87%，预计到2050年需求将达到2021年的13倍。传统优质盐湖卤水（锂浓度200–700 ppm）日益枯竭，而海水、油田卤水等低品质卤水虽然储量巨大，但锂浓度极低且镁锂比（Mg/Li）高，分离难度极大。传统蒸发沉淀法对高镁锂比卤水不适用，因此直接提锂（direct lithium extraction，DLE）技术成为必然选择。在众多DLE技术中，电化学吸附技术（electrosorption，ES）因兼具高选择性和快速响应而备受关注，其核心部件便是锂选择性电极。
文章确立了两个基础选择性机制作为全文的理论基石。第一是尺寸筛分效应（size sieving effect）。水合离子半径的顺序为K⁺ < Na⁺ < Li⁺ < Ca²⁺ < Mg²⁺，而裸离子半径中Li⁺最小（约0.6 Å）。当离子进入小于其水合直径的通道时必须脱除部分水合壳，利用脱水和裸离子尺寸差异可实现离子筛分。第二是离子-电极相互作用，可进一步分为热力学选择性和动力学选择性。热力学选择性依靠材料为Li⁺提供最低的嵌入自由能或最稳定的结合态，例如磷酸铁锂（LiFePO₄）具有特征性的嵌入电位窗口，干扰离子在该电位下嵌入热力学不利。动力学选择性则通过构建差异化迁移能垒实现Li⁺的优先传输，例如亚纳米通道迫使离子部分脱水，或通过表面官能团作为“离子跳跃位点”降低Li⁺的迁移能垒。
在评价指标方面，文章指出当前缺乏标准化评价标准。核心指标包括吸附容量（q）、吸附速率（v）、离子回收率（r）、分离因子（S_Li/M）、纯度（p）、电流效率（CE）、比能耗（SEC）以及容量保持率。文章特别强调，分离因子受进料组成影响显著，不应以牺牲锂纯度为代价优化选择性；稳定性与能耗在实际部署中与容量和选择性同等重要。
文章主体部分对三类代表性电极进行了系统评估。第一类是嵌入型（法拉第）电极，其工作机制基于法拉第氧化还原反应。锰酸锂（LiMn₂O₄，LMO）具有立方Fd3m尖晶石结构，三维隧道网络支持快速Li⁺传输。其选择性源于晶格通道的几何限域、Mn³⁺/Mn⁴⁺氧化还原对的电位窗口匹配以及Mg²⁺的高脱水能垒。然而LMO面临锰溶解问题，主要机制包括Jahn-Teller效应和歧化反应（2Mn³⁺ → Mn²⁺ + Mn⁴⁺）。改性策略包括元素掺杂（如Al、Sr、Ni掺杂以稳定晶格、抑制Jahn-Teller畸变）、表面包覆（如碳材料、MXenes包覆以物理隔离电解液并提升导电性）以及形貌调控（如多孔盘状结构、仿生垂直离子通道）。磷酸铁锂（LiFePO₄，LFP）具有橄榄石结构，锂化电位约0.2 V（vs. Ag/AgCl），选择性顺序为Li⁺ >> Na⁺ > Mg²⁺ ≈ Ca²⁺ ≈ K⁺。其对Mg²⁺的优异选择性源于Mg²⁺在FePO₄晶格中嵌入的动力学阻碍。但LFP的一维通道导致离子扩散率和电子导电性较差，可通过碳/聚多巴胺包覆、聚乙二醇造孔以及还原氧化石墨烯（rGO）复合构建三维导电网络来改善。钛酸锂（LTO）材料包括层状Li₂TiO₃和尖晶石Li₄Ti₅O₁₂，前者通过离子交换机制（Li⁺ ⇌ H⁺）实现物理吸附，后者依赖Ti⁴⁺/Ti³⁺氧化还原反应。LTO的共同瓶颈是低本征电子导电性和慢离子扩散，可通过导电框架复合和氟掺杂等策略改善。
第二类是电容型（电双层/赝电容）电极，存储机制基于电双层静电吸附或快速表面赝电容反应。碳基材料的关键在于亚纳米通道的精确设计。例如，孔径小于0.6 nm的活性炭布可完全阻挡水合Mg²⁺（直径6.94 Å）而允许Li⁺（直径4.76 Å）通过。壳聚糖衍生的N–S共掺杂超微孔活性炭（平均孔径0.349 nm）结合裸离子尺寸筛分和化学吸附，实现了Li⁺ > Mg²⁺ >> Na⁺ > Ca²⁺ > K⁺的选择性顺序。MXenes（如Ti₃C₂Tₓ）作为二维赝电容材料，具有高导电性、可调层间距和丰富表面官能团（–O、–OH、–F）。其选择性机制包括层间距筛分、官能团差异化结合能以及表面电荷效应。例如，Ti₃C₂Tₓ@PSS复合膜利用磺酸基与Li⁺的弱结合能（-0.77 eV）作为跳跃位点，实现了Li⁺相对于Na⁺和K⁺的快速传输。正电荷改性的MXene膜基于Donnan排斥效应对二价阳离子产生更强排斥，Li⁺/Mg²⁺选择性高达29.3。然而MXene在水环境中易发生层间溶胀和氧化降解，需通过交联、封装和抗氧化剂接枝等策略提升稳定性。
第三类是离子交换/配位型电极，依靠材料与目标离子的特定化学识别实现选择性捕获。冠醚（crown ethers）是具有多个醚氧原子的环状配体，12-冠-4（12C4）的空腔直径（75 pm）与Li⁺直径（72 pm）高度匹配。电场的施加不仅驱动Li⁺迁移，还促进冠醚位点去质子化，克服酸性环境中的H⁺竞争吸附。例如，苯并-12-冠-4基印迹气凝胶在脉冲电场下对Na⁺的选择性因子高达51.99。金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）具有高度可设计的孔结构和可功能化表面，但本征导电性差。改性策略包括与导电聚合物（如聚吡咯）或碳纳米管复合、构建π-d共轭结构等。其选择性机制涵盖孔径筛分（如ZIF-8的3.4 Å孔径筛分水合Li⁺）、静电相互作用、特定配位（如Zn–O₄位点将Li⁺迁移能垒降至0.24 eV）以及氧化还原活性单元的电化学捕获。
文章还介绍了反向提锂（reverse lithium extraction）这一创新策略，即通过选择性去除竞争阳离子（Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺）来相对富集溶液中的Li⁺。其机制包括基于电荷密度和离子尺寸的筛分（如活性炭电极对Ca²⁺和Mg²⁺的优先吸附）、化学亲和与电压门控的协同（如MXene-PDA膜通过阳离子-π相互作用识别K⁺，实现K⁺/Li⁺选择性40.9）以及电位调控下的晶格热力学亲和（如钒基六氰合铁酸盐（VHCF）电极对Ca²⁺的优先嵌入）。
文章最终总结了当前核心挑战：选择性与通量间的权衡、电极材料的长期稳定性不足、缺乏实际卤水体系适用性评估、能耗与经济性瓶颈以及评价框架与数据可比性不足。未来研究方向包括：锂正极材料仍是最优选择但需提升导电性和稳定性；MOFs和MXenes需克服导电性、稳定性和规模化制备瓶颈；开发具有埃级孔隙的新型电极材料；发展能充分释放LSE性能的电化学系统并进行技术经济分析；以及从简化模拟溶液转向真实或高保真卤水体系的研究。
该综述的学术价值在于系统整合了LSEs的选择性机制、材料分类和评价框架，为电极材料的设计与工业应用提供了理论指导和技术参考。其应用价值在于明确指出了从实验室研究向实际卤水提锂工业转化所面临的关键瓶颈与可行路径，特别是对低品质卤水资源的开发具有直接的指导意义。文章的突出亮点在于对“尺寸筛分”与“离子-电极相互作用”两大机制的系统阐释，以及对反向提锂这一新兴概念的引入和讨论，为领域内研究者提供了较为完整的知识图谱和未来研究路线图。