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High H 2 Recovery Properties of Carbon Molecular Sieve Membranes with Sub‐Nanometer Precision Derived from Dual Cross‐Linked Polyimide Precursor

材料科学 分子筛 碳纤维 微型多孔材料 巴勒 选择性 化学工程 分子动力学 碳化 纳米技术 复合材料 气体分离 催化作用 化学 计算化学 有机化学 复合数 工程类 吸附 生物化学
作者
Mingwei Cai,Huahui Liang,Fuhui Liang,Meiling Tao,Luxin Sun,Xiaohua Ma,Shiyang Zhang,Yonggang Min
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (36): e202509756-e202509756 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202509756
摘要

Energy-efficient purification technologies are essential for advancing a sustainable hydrogen economy. Carbon molecular sieve membranes (CMSMs) have emerged as promising candidates; however, achieving precise sub-Angstrom micropore control and ensuring structural stability remain significant challenges. Here, we introduce a dual cross-linked strategy to engineer microporosity of the resulting CMSMs by utilizing a decarbonylated 3,5-diaminobenzoic acid (DABA)-induced rigid network (Type A) in conjunction with a sulfur bond-induced flexible network (Type B). The 6F-D-S-CMS membrane exhibits a record-high H2 permeability of 3464 Barrer with H2/CH4 selectivity of 3807, surpassing the Robeson upper bound. Upon pyrolysis at 850 °C, the 6F-D-S-CMS-850 membrane achieves exceptional selectivity values: H2/CH4 at 6538, H2/N2 at 1634, and H2/CO2 at 149-outperforming most reported CMS membranes. Molecular dynamics simulations revealed that the Type B network suppressed CH4 adsorption (3.6 cm3 g-1 versus 6.2 cm3 g-1) and significantly enhanced the small pore volume ratio (VH2/VCH4: 10.3 versus 2.1) during carbonization, thereby eliminating non-selective pathways and reducing inter-skeletal spacing (4.09 Å versus 3.78 Å), which enables precise molecular sieving. This rigid-flexible cross-linked strategy for CMSMs establishes a scalable blueprint for next-generation hydrogen production.
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