钯银合金膜制备研究进展
发布时间：2021-10-17 07:22
钯基膜因其优异的氢气渗透性和选择性在氢气分离-纯化和膜反应器领域引起了广泛关注。但氢脆问题是制约其发展的主要障碍,解决该问题通常是使用钯合金膜,例如钯银合金膜。银比起铜、金等具有较低的熔点,更容易进行合金化,并且银的加入能在一定程度上提高钯膜透氢性能。主要综述了近年来通过不同方法制备的钯银合金膜的形貌、成分组成以及性能,并对钯银合金膜制备的研究方向进行了展望。
【文章来源】：天然气化工（C1化学与化工）. 2020,45(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
在不同温度下合金化之后膜的表面和截面SEM图
图3 在不同温度下合金化之后膜的表面和截面SEM图Jon等[4]使用化学共沉积镀的方法在陶瓷管上制备了厚度在0.30～1.29μm的钯银合金膜。共沉积完成之后，在氢氮混合气中550℃进行4 h的退火处理，得到银质量分数约7%的均匀致密的合金膜，厚度1.29μm的膜形貌，如图5左图所示。该膜在400℃下具有很好的氢透量0.9 mol/(m2·s)，初始氢氮选择性为3300，并且在1000 h的400℃稳定性测试后，选择性能保持在1900。Pacheco等[18]也使用化学共沉积法制备了较为均匀的钯银合金膜，如图5右图所示。首先在陶瓷基底上进行了较为繁复的种核过程，进行了钯银共沉积之后，在550℃、氢气条件下合金化4 h后，XRD不再显示银的峰形，共沉积的合金化比顺序沉积要相对更容易达成，但是合金膜的选择性较差，300℃、100 k Pa下合金膜的选择性在90～680范围内。总体来说，共沉积方法制备的膜相对更加致密均匀，但是该法操作过程繁复，在实验前需要做大量的探索工作确定合适的条件。
钯合金膜通过缩小纯钯在低于293℃时的α/β氢化物混溶间隙，来降低α→β相变的临界温度，并且，在合金中，α-Pd和β-Pd晶格常数的大小差别更小，连续的氢吸收-解吸循环中畸变更小。钯合金膜有金属钯与稀土金属的合金，如钯钇合金、钯铈合金等[12]，也有钯铜合金膜[13,14]、钯金合金[15]、钯镍合金[16]、钯银合金[4,6,17-19]等。稀土金属可以增加合金膜的硬度，钇、铈等稀土元素的晶格常数要比钯高出约30%[1]，通过增加溶解度提高了氢的渗透率，但是其氢扩散速率要比纯钯低；钯铜合金和钯金合金有较好的抗硫性能[15]；与铜、金等相比，银具有较低的熔点，更加容易合金化，且银的加入使钯膜的氢渗透率大大增加[20]。同时，钯银合金膜在较低温度下比起纯钯膜更稳定，而在较低的温度下，钯银合金膜更不容易发生金属偏析[21]，也更能够抑制逆水煤气变换（RWGS）反应的发生[22]。银的含量对临界温度、氢透量等都有影响。对于Ag质量分数为23%的钯银合金膜（Pd Ag23%），变成β相的临界温度甚至大约在室温[11]，在不同银含量的钯银合金膜中Pd Ag23%具有最高的氢通量，如图1所示。由于钯银合金膜可以有效遏制氢脆，且在银质量分数约20%时β-Pd晶格参数与α-Pd晶格参数之差最小[1]，在银质量含量达23%(350℃，2.2 MPa）时，钯银合金膜氢气透过率要比纯钯膜高出1.7倍[4]，但是钯银合金膜中银的含量、形貌较难控制：例如化学镀方法制备的银微观形态呈树枝状，并且高度不规则，倾向于与基底垂直的方向生长，导致表面覆盖率差，增加膜的缺陷[23]。
本文编号：3441365
【文章来源】：天然气化工（C1化学与化工）. 2020,45(05)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
在不同温度下合金化之后膜的表面和截面SEM图
图3 在不同温度下合金化之后膜的表面和截面SEM图Jon等[4]使用化学共沉积镀的方法在陶瓷管上制备了厚度在0.30～1.29μm的钯银合金膜。共沉积完成之后，在氢氮混合气中550℃进行4 h的退火处理，得到银质量分数约7%的均匀致密的合金膜，厚度1.29μm的膜形貌，如图5左图所示。该膜在400℃下具有很好的氢透量0.9 mol/(m2·s)，初始氢氮选择性为3300，并且在1000 h的400℃稳定性测试后，选择性能保持在1900。Pacheco等[18]也使用化学共沉积法制备了较为均匀的钯银合金膜，如图5右图所示。首先在陶瓷基底上进行了较为繁复的种核过程，进行了钯银共沉积之后，在550℃、氢气条件下合金化4 h后，XRD不再显示银的峰形，共沉积的合金化比顺序沉积要相对更容易达成，但是合金膜的选择性较差，300℃、100 k Pa下合金膜的选择性在90～680范围内。总体来说，共沉积方法制备的膜相对更加致密均匀，但是该法操作过程繁复，在实验前需要做大量的探索工作确定合适的条件。
钯合金膜通过缩小纯钯在低于293℃时的α/β氢化物混溶间隙，来降低α→β相变的临界温度，并且，在合金中，α-Pd和β-Pd晶格常数的大小差别更小，连续的氢吸收-解吸循环中畸变更小。钯合金膜有金属钯与稀土金属的合金，如钯钇合金、钯铈合金等[12]，也有钯铜合金膜[13,14]、钯金合金[15]、钯镍合金[16]、钯银合金[4,6,17-19]等。稀土金属可以增加合金膜的硬度，钇、铈等稀土元素的晶格常数要比钯高出约30%[1]，通过增加溶解度提高了氢的渗透率，但是其氢扩散速率要比纯钯低；钯铜合金和钯金合金有较好的抗硫性能[15]；与铜、金等相比，银具有较低的熔点，更加容易合金化，且银的加入使钯膜的氢渗透率大大增加[20]。同时，钯银合金膜在较低温度下比起纯钯膜更稳定，而在较低的温度下，钯银合金膜更不容易发生金属偏析[21]，也更能够抑制逆水煤气变换（RWGS）反应的发生[22]。银的含量对临界温度、氢透量等都有影响。对于Ag质量分数为23%的钯银合金膜（Pd Ag23%），变成β相的临界温度甚至大约在室温[11]，在不同银含量的钯银合金膜中Pd Ag23%具有最高的氢通量，如图1所示。由于钯银合金膜可以有效遏制氢脆，且在银质量分数约20%时β-Pd晶格参数与α-Pd晶格参数之差最小[1]，在银质量含量达23%(350℃，2.2 MPa）时，钯银合金膜氢气透过率要比纯钯膜高出1.7倍[4]，但是钯银合金膜中银的含量、形貌较难控制：例如化学镀方法制备的银微观形态呈树枝状，并且高度不规则，倾向于与基底垂直的方向生长，导致表面覆盖率差，增加膜的缺陷[23]。
本文编号：3441365
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3441365.html
