近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員李慧等開發出一種鈀復合膜缺陷“自修復”技術，能夠實現膜管表面缺陷的“自動愈合”。相關成果發表在《先進膜材料》上。
鈀是一種有光澤的銀白色金屬，延展性非常好，其在地殼中的含量極低，是比黃金還要稀有的金屬。金屬鈀膜對氫及其同位素氣體有著優異的滲透性和選擇性，除氫氣以外的其它氣體均無法透過鈀膜，因此，鈀膜可用于氫氣的分離與純化，具有小型緊湊和純度高等優點，在電子信息行業超純氫純化以及燃料電池氫源利用等方面具有重要應用前景。
傳統純鈀膜通常厚達50微米以上，由于厚度限制，使得透氫量以及生產成本都不理想。采用多孔不銹鋼或陶瓷支撐的負載型鈀膜厚度可以降低到幾微米，成本降低10倍以上，能夠滿足規模應用的需求。但與之伴隨而來的是鈀復合膜上可能存在少量針孔，不再對氫氣具有唯一選擇性，一氧化碳等其他氣體可能有少量透過，影響氫氣的純度和質量。因此開發合適的缺陷修飾技術是提高鈀膜質量的關鍵。
本工作中，科研團隊開發了一種新的鈀復合膜缺陷修飾技術，即高壓氯化鈀溶液滲透修飾方法。科研人員利用PdCl2與不銹鋼支撐管中Fe、Cr、Ni的置換反應使得修復場景能夠精準的發生在缺陷處，另外也能夠在表面形成一層“倒刺”狀鈀層，使其具有增大鈀膜比表面積的作用。研究發現，采用該技術修復后的膜能夠在氫氣、一氧化碳、二氧化碳混合氣體穩定性測試中保持穩定300小時，并且將75%的氫氣純度提升到99.99%。該工作為鈀復合膜缺陷修飾及廢管修復提供了新思路。此外，該技術還有望應用到工業氫提純中，得到純度要求不高的產品氫。
李慧等長期從事鈀膜材料的制備和應用研究，實現了超薄鈀復合膜的產品化應用，并開發了不銹鋼負載鈀膜，該鈀膜的透氫性能達到美國能源部DOE2015的要求，實現大于19000小時的長期穩定運行，并實現350次以上的快速升降溫循環，滿足燃料電池對于快速啟動的要求。截至目前，團隊已為芯片、人造鉆石生產等提供60多臺超純氫氣提純器，產品已取得歐盟CE認證。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.advmem.2023.100077