作為一種清潔高熱值的二次能源，氫氣（H2）的開發(fā)對實現(xiàn)碳中和目標具有重要作用。目前，95%左右的H2通過化石燃料氣化重整（如IGCC技術(shù)）制備合成氣獲取，且同時生成接近9000萬噸二氧化碳（CO2）。為捕獲合成氣中的CO2并獲取低碳高純度的H2，H2/CO2分離必不可少。為降低H2生產(chǎn)和CO2捕集成本，開發(fā)新的高效綠色H2/CO2分離技術(shù)勢在必行。膜分離法是作為一種新型低能耗低碳足跡的氣體分離技術(shù)，在近十幾年得到廣泛研究和開發(fā)。然而，合成氣出口溫度高（≥150 ℃），CO2相對含量高。同時，H2（2.89 ?）和CO2（3.3 ?）的分子尺寸相差有限，因此，對于膜技術(shù)的成功與否，強尺寸篩選能力至關重要。聚合物膜具有低成本，加工性強等優(yōu)勢，是目前主流的氣體分離膜。然而絕大部分聚合物由于其無定形分子結(jié)構(gòu)，導致H2/CO2選擇性普遍偏低，尤其在高溫條件下，因此難以制取高純氫氣。相較于聚合物自身，由陽離子絡合形成的超分子聚合物網(wǎng)絡具有更高的高分子鏈組裝效率，更強的分子篩選能力和機械性能，因此被廣泛開發(fā)并應用各種場合，包括自修復材料，刺激響應性材料，催化劑和液體提純。其中，陽離子-聚苯并咪唑絡合的超分子聚合物網(wǎng)絡表現(xiàn)出優(yōu)異的自修復能力，機械性能和熱穩(wěn)定性，非常適合運用于高溫下的分子篩選。
圖1（a）金屬陽離子-聚苯并咪唑絡合的超分子聚合物網(wǎng)絡示意圖;（b）調(diào)控膜中鹽含量; 含（c）鈀離子和（d）鎳離子的超分子聚合物網(wǎng)絡SEM截面圖和原位EDS圖。
圖2 超分子聚合物網(wǎng)絡的理化特性
圖3 超分子聚合物網(wǎng)絡優(yōu)異的H2/CO2分離性能
該工作發(fā)表在Macromolecules期刊上，標題為“Supramolecular polymer networks of ion-coordinated polybenzimidazole with simultaneously improved H2 permeability and H2/CO2 selectivity”。文章的共同第一作者是胡磊青博士，通訊作者是美國紐約州立大學布法羅分校林海青教授，合作方包括科羅拉多大學丁遺福教授團隊。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c01033
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