麻省理工學院的工程師們最近研發出一種全新的鈀濾膜，用於氫氣生產。鈀是一種銀白色金屬，被視為氫能經濟中不可或缺的材料。其主要特點是能夠作為「把關者」，僅允許氫氣通過，同時阻擋所有其他氣體。然而，傳統鈀膜的一個主要限制是其耐溫閾值：現有的鈀膜在超過 800 開爾文時會發生降解。新的耐熱鈀膜旨在克服這一溫度限制，從而使其在更高溫度下仍能正常運行。
研究作者之一的金露賢表示：「如果進一步在現實工業環境下進行擴展和性能驗證，這種設計可能代表著高溫氫氣生產的實用膜的一個有希望的路徑。」新膜的設計與傳統膜的結構有所不同。沒有其他金屬被認為比鈀更有效於從氣體混合物中分離氫氣。這種效能源於鈀的獨特過程：鈀自然吸引氫分子（H2），使其在表面上暫時分解為個別原子。這些個別的氫原子然後擴散穿過金屬，並在另一側重新結合成純氫氣。
麻省理工學院的團隊並未通過改變金屬來解決熱穩定性問題，而是重新設計了結構。新設計不是連續薄膜，而是將鈀以「塞子」的形式沉積在支撐材料的孔隙中。這些「緊密貼合的塞子」即使在高溫下也能保持穩定，並能有效分離氫氣。這種塞子設計防止了鈀在高溫下收縮或聚集，這是傳統薄膜的降解原因之一。在測試中，團隊使用了一種二氧化矽支撐結構，製作了芯片大小的膜，孔徑約為 0.5 微米，然後填充鈀。
根據測試結果，膜樣品在使用自定義設備進行的測試中，對含氫氣的混合氣體在不同溫度下的流動非常有效。即使在高達 1,000 開爾文的溫度下持續超過 100 小時，這些膜仍能保持其穩定性和氫氣分離效率。與傳統薄膜相比，這是熱穩定性的一個重大提升。金露賢指出：「鈀膜的使用通常限制在大約 800 開爾文以下，此時它們會降解。」他補充道：「我們的塞子設計因此將鈀的有效熱穩定性延長了大約至少 200 開爾文，並在極端條件下更長時間保持完整性。」這種膜能夠承受高溫，使其對於一些關鍵的氫氣生產技術非常適用，例如蒸汽甲烷重整和氨的裂解。
這些高溫技術旨在生成氫氣，以生產零碳燃料和電力。麻省理工學院機械工程系的賈米爾教授羅希特·卡尼克表示：「我們證明了，與其製作薄膜，不如製作離散的納米結構，這樣可以獲得更具熱穩定性的膜。」他還強調：「這為設計極端溫度的膜提供了一條路徑，還可以使用更少量的昂貴鈀，從而使氫氣生產更加高效和經濟。」然而，在成功應用於工業反應器之前，仍需進一步發展和長期測試，以確保膜的可靠性。這項研究成果已於 10 月 1 日發表在《先進功能材料》期刊上。
