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26
2026
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05
AFM: 不用交联也能高性能，简单前驱体制备碳膜实现氢分离
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背景
氢能作为清洁能源载体，在燃料电池、储能与化工等领域具有重要应用。然而，在实际生产过程中，氢气通常与N₂、CH₄、CO₂等气体混合存在，*分离成为关键环节。相比传统变压吸附或低温精馏，膜分离因其低能耗与可连续操作优势受到广泛关注。但现实中，高性能膜材料仍面临两大瓶颈：性能与成本难以兼顾。一方面，钯膜虽性能优异，但成本高且稳定性受限；另一方面，碳膜虽具备优异筛分能力，但通常依赖复杂前驱体与多步交联过程，制备成本高、工艺复杂，制约其规模化应用。因此，开发简单、低成本且高性能的碳膜制备策略成为关键。
创新
近日，荷兰埃因霍芬理工大学Željko Tomović教授团队提出一种“简易前驱体构筑碳膜策略”，通过分子结构设计实现高性能与可规模化制备的统一。研究采用含芴结构的聚亚胺作为前驱体，该材料可通过无催化剂的一步缩合反应由廉价单体制备，过程简单且易于放大。其分子骨架具有天然的“扭曲结构”，在碳化过程中能够有效阻止链段紧密堆积，从而形成丰富的自由体积与微孔结构，为气体传输提供通道。在热解过程中，通过调控碳化温度与速率，实现对孔结构的精细调节：在700 °C条件下，膜同时具备微孔与超微孔结构，实现吸附–扩散与分子筛分的协同机制。最终，该膜表现出优异氢气分离性能，H₂渗透率达5.8 × 10⁻⁷ mol m⁻² s⁻¹ Pa⁻¹，并在H₂/N₂、H₂/CH₄和H₂/CO₂分离中均超越2008年Robeson上限。
意义
该工作从前驱体分子设计出发，突破了传统碳膜依赖复杂合成与交联工艺的限制，实现了“简单制备–高性能”的统一，为碳膜规模化应用提供了现实路径。更重要的是，该研究揭示了分子结构（如刚性与扭曲度）在碳化过程中对孔结构形成的关键作用，为后续碳膜设计提供了清晰指导。同时，其可调控的传输机制也使膜性能能够针对不同分离需求进行优化。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/K8hdRTidYdF6OVqNTB-6fg
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