IF 18.5！通过钯功能化MOF凝胶网络的持续溢流促进混合基质膜中的氢气传输

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基于膜的气体分离在氢气纯化方面具有显著的能源效率优势，但常受到渗透性和选择性之间固有权衡的限制。为解决这一挑战，本研究首次提出了一种通过持续氢溢流机制提升氢气分离性能的新型混合基质膜(MMM)设计。该MMM将钯功能化的ZIF-67凝胶(Pd@ZIF-67凝胶)网络引入本征微孔聚合物(PIM-1)基质中。ZIF-67凝胶网络作为钯纳米粒子(Pd NPs)的均匀分散介质，产生大量活性位点。这些暴露的位点与ZIF-67的微孔结构协同作用，促进氢气解离并在膜内建立连续的氢溢流通道。这种协同MMM设计显著提高了氢气传输和选择性。在28 wt% Pd@ZIF-67凝胶的最佳负载下，MMMs展现出3620 Barrer的氢气渗透率和417%提升的氢气/甲烷选择性(24.9)，超越了2008年上限。这种方法为开发气体分离应用的先进材料铺平了道路。

创新点：

1. 首次通过持续氢溢流机制设计新型混合基质膜，突破了传统分离膜的性能限制。

2. 开发了钯功能化MOF凝胶网络作为均匀分散介质，实现了活性位点的优化分布。

3. 建立了连续的氢溢流通道，显著提高了膜的分离性能。

对科研工作的启发：

1. 在开发分离材料时，应该关注材料界面的协同作用和传质机制。

2. 多功能组分的精确设计和控制对材料性能的优化至关重要。

3. 突破传统思维限制，探索新的作用机制是实现性能突破的关键。

思路延伸：

1. 探索其他类型的金属纳米粒子与MOF的组合，开发新型分离膜材料。

2. 研究不同条件下溢流机制的影响因素，优化分离性能。

3. 开发新型表征方法，深入了解氢气传输机制。

4. 探索材料在其他气体分离中的应用潜力。

5. 研究膜材料的长期稳定性和抗污染性能。

6. 优化制备工艺，提高产品的均一性和可重复性。

7. 探索材料规模化生产的可能性。

8. 研究不同操作条件对分离性能的影响。

Boosting Hydrogen Transport in Mixed Matrix Membranes Through Continuous Spillover Via Pd‐Functionalized MOF Gel Networks

Adv. Funct. Mater. (IF 18.5)

Pub Date  : 2024-11-04

DOI : 10.1002/adfm.202417186

Keming Zhang, Xiaohe Tian, Zhe Xu, Haishan Huan, Rui Zhang, Xiaoting Feng, Qingnan Wang, Yanting Tang, Chenlu Liu, Shaofei Wang

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