氢气的分离与纯化技术对氢气在各个领域的成功应用至关重要。在膜分离技术中，无机致密透氢膜因其对氢气100%的选择透过性而被认为是最有应用前景的获得高纯氢的方法之一；但现有的无机致密透氢膜存在原材料稀缺昂贵（Pd膜）、渗透性低（质子导体膜）、在含H2S的气氛中渗透稳定性差等问题。近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室无机膜与催化新材料组（504组）杨维慎研究员、朱雪峰研究员研究团队提出了混合导体透氧膜反应器中高效氢分离的新方法，相关研究成果发表在《Energy Environ. Sci.》上。
该研究团队首次提出陶瓷基混合导体透氧膜反应器中进行氢分离的新概念，其氢分离原理是：膜的一侧（side I）通入低纯度氢气，另一侧（side II）通入水蒸汽，高温下水与电子结合并分解成氢气和氧离子，氧离子在膜两侧氧化学势梯度的驱动下透过膜与低纯度氢气反应生成水。膜II侧流出气体经冷凝干燥后即可得到高纯或超纯氢气。整体来看，在透氧膜反应器的一侧通入低纯度氢气，而在另一侧获得高纯度氢气，且无净化学反应发生，从而实现了透氧膜分离氢的过程。实验结果表明，氢分离速率高达16.3mL·cm-2·min-1，分离系数达到10000以上；氢分离速率可与钯基金属膜相媲美，相比于质子导体膜提升了2-3个数量级；且可在含200ppm H2S的气氛下长期稳定运行。因此，透氧膜可为燃料电池、半导体制造、光伏电池生产等产业高效地提供高纯氢或超高纯氢。
该工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院先导项目等的资助。
（据中国科学院大连化学物理研究所）
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