作为一种清洁高热值的二次能源，氢气（H₂）的开发对实现碳中和目标具有重要作用。目前，95%左右的H₂通过化石燃料气化重整（如IGCC技术）制备合成气获取，且同时生成接近9000万吨二氧化碳（CO₂）。为捕获合成气中的CO₂并获取低碳高纯度的H₂，H₂/CO₂分离必不可少。为降低H₂生产和CO₂捕集成本，开发新的高效绿色H₂/CO₂分离技术势在必行。膜分离法是作为一种新型低能耗低碳足迹的气体分离技术，在近十几年得到广泛研究和开发。然而，合成气出口温度高（≥150 ℃），CO₂相对含量高。同时，H₂（2.89 ?）和CO₂（3.3 ?）的分子尺寸相差有限，因此，对于膜技术的成功与否，强尺寸筛选能力至关重要。聚合物膜具有低成本，加工性强等优势，是目前主流的气体分离膜。然而绝大部分聚合物由于其无定形分子结构，导致H₂/CO₂选择性普遍偏低，尤其在高温条件下，因此难以制取高纯氢气。相较于聚合物自身，由阳离子络合形成的超分子聚合物网络具有更高的高分子链组装效率，更强的分子筛选能力和机械性能，因此被广泛开发并应用各种场合，包括自修复材料，刺激响应性材料，催化剂和液体提纯。其中，阳离子-聚苯并咪唑络合的超分子聚合物网络表现出优异的自修复能力，机械性能和热稳定性，非常适合运用于高温下的分子筛选。

图1（a）金属阳离子-聚苯并咪唑络合的超分子聚合物网络示意图;（b）调控膜中盐含量; 含（c）钯离子和（d）镍离子的超分子聚合物网络SEM截面图和原位EDS图。

图2 超分子聚合物网络的理化特性

图3 超分子聚合物网络优异的H₂/CO₂分离性能

  该工作发表在Macromolecules期刊上，标题为“Supramolecular polymer networks of ion-coordinated polybenzimidazole with simultaneously improved H₂ permeability and H₂/CO₂ selectivity”。文章的共同第一作者是胡磊青博士，通讯作者是美国纽约州立大学布法罗分校林海青教授，合作方包括科罗拉多大学丁遗福教授团队。

  论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c01033