楊維慎等混合導體透氧膜高效氫氣分離研究新進展

　　近日，中科院大連化物所催化基礎國家重點實驗室楊維慎、朱雪峰研究員帶領無機膜與催化新材料團隊提出了混合導體透氧膜反應器中高效氫分離的新方法，相關研究成果發表在Energy Environ. Sci. 英國《能源與環境科學》上。

　　氫氣的分離與純化技術對氫氣在各個領域的成功應用至關重要。在膜分離技術中，無機致密透氫膜因其對氫氣100%的選擇透過性而被認為是最有應用前景獲得高純氫的方法之一。研究人員首次提出陶瓷基混合導體透氧膜反應器中進行氫分離的新概念，其氫分離原理是：膜的一側（side I）通入低純度氫氣，另一側（side II）通入水蒸汽，高溫下水與電子結合并分解成氫氣和氧離子，氧離子在膜兩側氧化學勢梯度的驅動下透過膜與低純度氫氣反應生成水。膜II側流出氣體經冷凝干燥后即可得到高純或超純氫氣，整體來看，在透氧膜反應器的一側通入低純度氫氣，而在另一側獲得高純度氫氣且無凈化學反應發生，從而實現了透氧膜分離氫的過程。

　　實驗結果表明，氫分離速率高達16.3mL·cm-2·min-1，分離系數達到10000以上；氫分離速率可與鈀基金屬膜相媲美，相比于質子導體膜提升了2-3個數量級；且可在含200ppm H2S的氣氛下長期穩定運行。因此，透氧膜可為燃料電池、半導體制造、光伏電池生產等產業高效地提供高純氫或超高純氫。

　　以上工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院先導項目等的資助。