近日，中國科學(xué)院青島生物能源與生物過程技術(shù)研究所（QIBEBT）的研究人員開發(fā)了一種新的“界面反應(yīng)誘導(dǎo)重組”方法，用于制備具有氧化鈰基薄膜的可穩(wěn)定產(chǎn)氫的多層陶瓷膜。該成果在11月3日發(fā)表于Angewandte Chemie（應(yīng)用化學(xué)）國際版。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202210485

使用界面反應(yīng)誘導(dǎo)重組方法制備具有離子傳導(dǎo)致密薄層的多層陶瓷膜

氫能作為清潔能源備受關(guān)注，但為了更好應(yīng)用于燃料電池，需要在石化生產(chǎn)過程中進(jìn)行純化。使用致密氧離子傳導(dǎo)陶瓷膜的化石衍生氫輔助水分解是一種很有前途的純化方法，然而傳統(tǒng)逐層沉積方法制備具有離子傳導(dǎo)致密薄層的多層陶瓷膜繁瑣且成本高昂，并且常受層間粘附性能不足（沉積的薄層通常在共燒結(jié)過程中從支撐層分層）的限制。

“在這種新方法中，通過刻意使用適當(dāng)?shù)奈g刻劑Al₂O₃，壓制顆粒中的表面含鐵晶粒在高溫下通過界面反應(yīng)選擇性地蝕刻，產(chǎn)生反應(yīng)焓，”QIBEBT的何廣虎副教授說，該研究的第一作者。“預(yù)計(jì)熱量會(huì)增加局部溫度，以推動(dòng)表面隔離的螢石型晶粒重新組裝成致密的薄層，從而切斷界面反應(yīng)，避免薄層的連續(xù)生長。”

通過這種界面反應(yīng)誘導(dǎo)的重組方法，研究人員發(fā)現(xiàn)生成的二氧化鈰基層非常薄（約1μm）、高度致密并且牢固地粘附在母層上，不僅顯著降低了離子傳輸阻力，而且確保多層膜在各種應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)完整性。使用開發(fā)的多層膜，研究人員展示了通過氧化含有H₂、CH₄、CO₂、CO和H₂S的模擬焦?fàn)t氣體輔助水分解產(chǎn)生氫氣。他們發(fā)現(xiàn)具有CGO致密薄層的膜顯示非常長的耐用性（>1000小時(shí)），強(qiáng)調(diào)了高性能膜反應(yīng)器在實(shí)際條件下用于制氫的前景。

編譯 YUXI

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