聚合物膜中超低负载钯纳米簇实现高效氢分离

《Science China-Chemistry》：Ultralow loading of engineered palladium nanoclusters in polymeric membranes for high permeability hydrogen separation

本研究针对传统钯基混合基质膜贵金属负载量过高(20-60 wt%)的问题，开发了介孔二氧化硅限域的钯纳米簇填料，在仅需0.6-3.0 wt%超低钯负载量下，使聚苯并咪唑基膜获得302.6 barrer的氢气渗透率和16.3的H2/CO2选择性，突破150°C上限标准，为贵金属减量近两个数量级的高效气体分离膜提供新策略。

　　

钯(Pd)因其卓越的氢气(H₂)吸附能力，常作为吸附性填料应用于混合基质膜(MMMs)以提升氢气分离性能。然而传统工艺需要20-60 wt%的高钯负载量，成本效益差。本研究创新性地将高分散钯纳米簇限域于介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)通道内，显著提升钯原子利用率的同时，将钯负载量大幅降至0.6-3.0 wt%。通过将Pd@MSN与聚苯并咪唑(PBI)基质复合制备的MMMs，展现出显著优化的H₂/CO₂分离性能。特别值得注意的是，仅含2.5 wt%钯的MMM在120°C条件下，混合气体分离性能达到氢气渗透率302.6 barrer和H₂/CO₂选择性16.3，大幅超越当前150°C性能上限标准。该研究通过将贵金属负载量降低近两个数量级，展现了钯基MMMs在气体分离领域的巨大应用潜力。