近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员李慧等开发出一种“区域生长法”，实现了温和条件下在超薄钯复合膜的针孔内原位生长纳米级沸石核。相关成果发表在《材料化学A》上。
与其他氢气分离方法相比，钯膜分离氢气具有低能耗和占地面积小等优势，可实现高效制氢。传统的钯金属管需要至少100μm的厚度才能达到足够的机械强度，但这也带来了高昂的成本，限制了其中小型应用。将钯负载到多孔载体上制备钯复合膜，可有效地将钯层的厚度减少到几微米，不仅大幅降低了成本，同时也可将氢气渗透率提高几个数量级。然而，减小膜厚度会不可避免地产生微小的针孔缺陷，导致氢选择性降低。因此，开发出合适的针孔缺陷修饰技术对超薄钯复合膜的规模化应用具有重要意义。
工作中，科研人员开发了一种全新的钯复合膜缺陷修饰技术，采用“区域生长方法”在缺陷处按照其形态和拓扑结构精准生长纳米级沸石核（NaA），随后将缺陷处的NaA转化为KA，其孔径只有0.28 nm，包括氢气在内的所有气体都不能从缺陷处通过，不但提高了膜的分离选择性，而且不会过多地影响其氢气渗透性。研究发现，常规水热合成沸石过程需要在高压下形成沸石层，而该“区域生长方法”可在常压条件下操作，并在超薄钯复合膜的针孔缺陷内选择性原位生长纳米级沸石核，克服了沸石无法填充纳米级缺陷的挑战。此外，钯复合膜的使用寿命可达到近10,000小时，并在超过70次快速升降温循环中保持稳定。
纳米沸石核精准修复钯膜缺陷。大连化物所供图
该方法可适用于修复使用过的钯膜或增强一般钯复合膜的氢气选择性。并且，由于不再受高压条件的限制，该方法在超薄钯膜的规模化应用中具有潜力。
相关论文信息：https://doi.org/10.1039/D4TA07546C
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