Single-Atom Separation of Gas in Oriented Zeolite Membranes

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作者
Xiaoming Yu,Tongwen Yu,Minghui Chu,Kun Li,Yihua Cai,Ming Xue,Haijiao Xie,Weishen Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (41): 37480-37487 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c11935
摘要

A single atom, with maximized atomic utilization and a tailored electronic structure, serves as a promising selective site for achieving ultrahigh selectivity in separation membranes. However, single-atom synthesis within membrane pores with the required chemical specificity for separation remains challenging. Here, we demonstrate single-atom gas separation using Ni single atoms confined in the 10-membered ring channels of (h0h)-oriented MFI zeolite membranes, which serve as intrinsic ultraselective sites for CO 2 . At an ultralow Ni loading of 0.037 wt %, the membrane achieves an ultrahigh H 2 /CO 2 separation factor of 596, along with excellent H 2 permeability of 1924 Barrer, while maintaining stable operation for over 200 h. This performance compares favorably with that of state-of-the-art membranes. Mechanistic studies reveal that hybridization of Ni–O orbitals preferentially interacts with CO 2, in contrast to the weak physisorption of H 2 . This work establishes an atomic-level recognition mechanism in nanoporous architectures and offers new design principles for energy-critical gas separations.
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