Gas-sieving zeolitic membranes fabricated by condensation of precursor nanosheets

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作者
Mostapha Dakhchoune,Luis Francisco Villalobos,Rocío Semino,Lingmei Liu,Mojtaba Rezaei,Pascal Schouwink,Claudia E. Avalos,Paul Baade,Vanessa Wood,Yu Han,Michele Ceriotti,Kumar Varoon Agrawal
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:20 (3): 362-369 被引量:106
标识
DOI:10.1038/s41563-020-00822-2
摘要

The synthesis of molecular-sieving zeolitic membranes by the assembly of building blocks, avoiding the hydrothermal treatment, is highly desired to improve reproducibility and scalability. Here we report exfoliation of the sodalite precursor RUB-15 into crystalline 0.8-nm-thick nanosheets, that host hydrogen-sieving six-membered rings (6-MRs) of SiO4 tetrahedra. Thin films, fabricated by the filtration of a suspension of exfoliated nanosheets, possess two transport pathways: 6-MR apertures and intersheet gaps. The latter were found to dominate the gas transport and yielded a molecular cutoff of 3.6 A with a H2/N2 selectivity above 20. The gaps were successfully removed by the condensation of the terminal silanol groups of RUB-15 to yield H2/CO2 selectivities up to 100. The high selectivity was exclusively from the transport across 6-MR, which was confirmed by a good agreement between the experimentally determined apparent activation energy of H2 and that computed by ab initio calculations. The scalable fabrication and the attractive sieving performance at 250–300 °C make these membranes promising for precombustion carbon capture. Zeolite membranes can be used for gas molecular sieving, but synthesis requires complex hydrothermal treatment. Here, single layers of zeolite precursor RUB-15 are exfoliated followed by a condensation reaction, forming zeolite membranes with H2/CO2 selectivity of 20 to 100 in a facile process.
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