Precise Pore Engineering at Picometer Scale on Nanofluidic Membrane for Efficient Hydrogen Purification

三元运算 海水淡化 纳米流体学 气体分离 材料科学 甲烷 化学工程 氢气净化器 纳米技术 纳米尺度 选择性 离子 化学 微流控 表征(材料科学) 吸附 海水淡化 融合 膜技术
作者
Huijie Wang,Chong Wang,Jiang Liu,Ya‐Qian Lan,Chen Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (52)
标识
DOI:10.1002/ange.202518187
摘要

Abstract Hydrogen, a carbon‐free energy carrier is mainly produced through methane steam reforming, generating CO 2 as the primary byproduct alongside H 2 O and CH 4 , complicating efficient hydrogen purification. Nanofluidic Hydrogen‐bonded framework (HBF) membranes are promising for gas separation, while methods to precisely tailor pores for enhance performance remain scarce. Herein, a series of HBF membranes (SIFHBF‐Cu, GeFHBF‐Cu and TIFHBF‐Cu) are successfully fabricated for H 2 purification. Pore size is precisely tuned at the picometer scale (< 1 Å) by altering the anion linkers (SiF 6 2− , GeF 6 2− and TiF 6 2− ), enabling efficient H 2 purification through the synergy between subtle window adjustments and F‐site‐enhanced CO 2 affinity. The SIFHBF‐Cu membrane combines the optimal size‐exclusion and strongest HBF‐CO 2 interactions, exhibiting excellent H 2 /CO 2 selectivity (501) and ternary gas separation (H 2 /CO 2 : 477, H 2 /CH 4 : 557), with stable performance under dry/wet conditions. This study provides a strategy for ultra‐precise pore engineering, showing potential for other challenging separations like seawater desalination and isomer separation.
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