Metal Ion‐Induced Reconfiguration of Membrane Microstructure and Gas Affinity for Enhanced H 2 /CO 2 Separation

渗透 材料科学 微型多孔材料 微观结构 选择性 金属 吸附 聚合 单体 多孔性 气体分离 水溶液中的金属离子 聚合物 化学工程 选择性吸附 纳米技术 配体(生物化学) 氢化物 金属有机骨架 合成膜
作者
Chenggang Jin,Ming‐Jie Yin,Yue Li,Jinlin Wang,Yun‐Han Ren,Wenhai Zhang,Quan‐Fu An
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (17) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202520633
摘要

Abstract Polymer membranes fabricated via interfacial polymerization (IP) hold significant commercial promise for hydrogen purification from syngas—enabling clean H 2 energy harvesting while capturing CO 2 , a major greenhouse gas. However, achieving simultaneous enhancement of H 2 permeance and H 2 /CO 2 selectivity remains a major challenge due to the inherently broad pore size distribution of polymer membranes. Herein, a metal ion‐induced monomer assembly strategy is proposed to concurrently regulate micropore structure and gas adsorption characteristics during the IP process. The presence of metal ions guided the formation of an “hourglass‐shaped” microporous architecture with increased porosity and a narrowed pore size distribution. Furthermore, the incorporated metal ions enhanced CO 2 adsorption, selectively hindering CO 2 transport while allowing H 2 permeation. Benefiting from the synergistic effects of structural tuning and selective adsorption, the resulting membrane exhibited both high H 2 permeance (412.5 GPU) and H 2 /CO 2 selectivity (20.3) in a 50:50 mixed‐gas system, surpassing Robeson's upper bound. For practical demonstration, the optimized membrane is employed in a two‐stage separation configuration, achieving high‐purity H 2 (99.5%) with a significantly reduced energy consumption of 2.45 MJ kg −1 , underscoring its strong potential for industrial application.
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