中科院青岛能源所：新型氧离子传导陶瓷膜用于稳定产氢

氢气因其作为清洁能源的潜力而备受关注到目前为止，大部分氢气是从化石燃料如天然气，煤或石油中产生的这种从化石中提取的氢气，在进一步应用于燃料电池之前，必须净化掉各种常见的污染物

利用致密氧离子传导陶瓷膜进行化石氢辅助水分解是一种新的氢气净化技术由金属构成的氧离子传导膜对氧具有100%的选择性如果在膜的一侧进行高温水分解反应，在另一侧进行化石源氢气燃烧反应，则低纯度氢气燃烧可以驱动膜另一侧的水分解，直接获得不含一氧化碳的氢气用于氢燃料电池可是，当暴露于复杂和苛刻的气氛如氢气，二氧化碳，硫化氢，甲烷和水蒸气时，现有氧离子传导膜的化学稳定性仍然是个问题

在早期开发氧离子传导膜材料的基础上，最近，中国科学院青岛生物能源与过程技术研究所研究团队开发了一种界面反应诱导复合的新方法，在陶瓷氧化物膜表面构建超薄氧离子传导致密膜，形成多层陶瓷膜，以稳定高效地净化化石源氢气，并产生不含一氧化碳的氢气。

该研究于11月3日发表在德国《应用化学杂志》上，并已申请了一项中国发明专利和一项国际专利。

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受土壤中根茎草结构的启发，研究人员开发了一种界面反应诱导重组的方法来制造三层陶瓷膜导氧薄层植根于支撑层，原位构建的氧离子传导膜非常薄，致密牢固地附着在支撑层上，不仅显著降低了氧离子传输阻力，而且避免了膜的脱层或剥离，保持了多层陶瓷膜的完整性此外，该工艺只需一步热处理，有望降低多层陶瓷膜的制备成本

图1具有离子传导致密层的多层陶瓷膜的示意图a)传统的逐层沉积，b)由界面反应诱导的重组

该方法适用于十余种不同的陶瓷体系，通用性好，其中氧离子导电膜包括Ce0.9Gd0.1O2—δ，Y0.08Zr0.92O2—δ，Ce0.9Pr0.1O2—δ，Ce0.9Sm0.1O2—δ等，简称CGO致密膜研究人员研发的新型陶瓷膜作为膜反应器，在模拟焦炉气氛中进行氧化辅助水分解制氢，可连续稳定运行1000小时以上，表现出优异的稳定性和产氢性能

这些结果表明，这项技术为开发具有功能层的高性能多层陶瓷铺平了道路，具有广阔的应用前景——如固体氧化物燃料电池和电解池，研究人员何江说这也将是我们今后工作的重点

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研究团队

论文信息

出版期刊《Angewandte Chemie国际版》

2022年11月3日发布

界面反应诱导导电薄层多层陶瓷膜稳定制氢