Palladium‐Percolated Networks Enabled by Low Loadings of Branched Nanorods for Enhanced H2 Separations

材料科学 纳米棒 体积分数 纳米技术 渗流阈值 化学工程 气体分离 纳米颗粒 巴勒 复合材料 催化作用 有机化学 电阻率和电导率 生物 电气工程 工程类 化学 遗传学
作者
Leiqing Hu,Kaiwen Chen,Won‐Il Lee,Kim Kisslinger,Clayton Rumsey,Shouhong Fan,Vinh T. Bui,Narjes Esmaeili,Thien Tran,Yifu Ding,Martin Trebbin,Chang‐Yong Nam,Mark T. Swihart,Haiqing Lin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (26) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adma.202301007
摘要

Nanoparticles (NPs) at high loadings are often used in mixed matrix membranes (MMMs) to improve gas separation properties, but they can lead to defects and poor processability that impede membrane fabrication. Herein, it is demonstrated that branched nanorods (NRs) with controlled aspect ratios can significantly reduce the required loading to achieve superior gas separation properties while maintaining excellent processability, as demonstrated by the dispersion of palladium (Pd) NRs in polybenzimidazole for H2 /CO2 separation. Increasing the aspect ratio from 1 for NPs to 40 for NRs decreases the percolation threshold volume fraction by a factor of 30, from 0.35 to 0.011. An MMM with percolated networks formed by Pd NRs at a volume fraction of 0.039 exhibits H2 permeability of 110 Barrer and H2 /CO2 selectivity of 31 when challenged with simulated syngas at 200 °C, surpassing Robeson's upper bound. This work highlights the advantage of NRs over NPs and nanowires and shows that right-sizing nanofillers in MMMs is critical to construct highly sieving pathways at minimal loadings. This work paves the way for this general feature to be applied across materials systems for a variety of chemical separations.
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