具有优异氢分离性能的混合质子-电子导电膜的多维工程设计

《Advanced Functional Materials》：Multidimensional Engineering of Mixed Protonic-Electronic Conducting Membranes with Excellent Hydrogen Separation Performance

氢气分离膜多尺度工程策略及性能研究。通过氟掺杂和Pd纳米颗粒原位析出优化膜体扩散性能，结合非对称结构设计（8μm致密层/多孔支撑体），实现1000℃下2.5 mL·min?1·cm?2超高通量，并保持850℃连续520小时运行稳定性，为质子-电子混合传导膜应用提供新范式。

　　

摘要

混合质子-电子导电（MPEC）膜需要同时具备高H₂渗透性和良好的化学稳定性（尤其是在含有CO₂的大气环境中），这些是实现实际H₂分离过程的关键要求。本文提出了一种多维度工程策略，从微观和宏观层面开发了一种高效的氟（F）掺杂的非对称钨酸镧型La_5.5(W_0.6Mo_0.4)_0.95Pd_0.05O_11.25-δF_0.05（LWMPdF_0.05）膜。在微观层面上，通过引入电负性最强的阴离子F以及原位析出Pd纳米颗粒的方法，分别增强了膜的体相扩散能力和表面交换动力学。在宏观层面上，采用旋涂技术制备了这种非对称结构：一层薄而致密的层（约8 μm）附着在多孔基底上。这层薄而致密的层显著降低了体相扩散阻力，而具有较大比表面积的多孔基底则有效促进了表面交换过程。因此，这种开发的非对称LWMPdF_0.05膜在1000 °C下的H₂通量达到了2.5 ± 0.2 mL min^?1 cm^?2，并且在850 °C下连续运行520小时后仍表现出优异的化学稳定性，显示出其在实际H₂分离应用中的巨大潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。