鈀膜

製備鈀膜的方法可分為傳統卷軋、物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍或電鑄以及無電子電鍍。

卷軋法適用於大規模生產金屬箔，將高温下熔化的原料經坯料鑄造，高温均質化，冷、熱鍛壓，隨後是反覆冷卷軋和退火，直至達到要求的厚度。

在物理氣相沉積(PVD)過程中，被沉積的固體材料首先在低於1.3MPa的真空系統中由物理方法氣化，然後在較冷的載體上凝結、沉積成薄膜。

化學氣相沉積(CVD)過程則是氣相中所含的金屬絡合物在一定的温度下分解產生金屬而沉積在載體上形成薄膜。

在電鍍法中，載體作為陰極被電鍍液中的金屬覆蓋；而無電子電鍍(又稱化學鍍)的原理是亞穩金屬鹽絡合物在目標表面上進行可控制的自催化分解或還原反應，一般使用氨絡合物，如Pd(NH₃)₄(NO₂)₂、Pd(NH₃)₄Br₂或Pd(NH₃)₄C₁₂，可在有聯氨或次磷酸鈉還原劑存在的條件下用來沉積薄膜。 ^[1] 

自支撐型的鈀膜管或膜片厚度為15-100微米，材質一般是鈀銀或鈀銅合金。主要用於氫氣的分離，也可以用於氫同位素的分離，以及氫同位素之間的分離。自支撐型鈀膜的缺點是強度差、滲透率低、成本高。為解決這一問題，人們將鈀膜沉積在多孔基體上，形成負載型鈀膜（又稱鈀複合膜或複合鈀膜） ^[2-3]  。

通常認為，氫氣透過鈀膜的方式遵循溶解——擴散機制，包含以下五個步驟：

(1) 氫分子在鈀膜表面化學吸附，並解離。

(2) 表面氫原子溶解於鈀膜。

(3) 氫原子在鈀膜中從一側擴散到另一側。

(4) 氫原子從鈀膜析出，呈化學吸附態。

(5) 表面氫原子化合成氫分子並脱附。

眾所周知，氫與鈀接觸時，會形成氫化鈀。氫原子在鈀膜中溶解後可以形成氫化鈀的固態溶液，而氫在該固態溶液中具有很高的流動性，從而容易在鈀中擴散。

除氫及其同位素之外，其他任何氣體都不能透過鈀膜。因此，鈀膜更多地被用於氫氣的純化，以生產高純氫和超高純氫。

純鈀的機械性能差，在温度低於300度、氫氣壓力快速升高的情況下，存在着氫脆問題。當鈀膜與氫氣接觸時，氫氣溶入鈀金屬中首先形成阿爾法型氫化鈀。如果温度較低，則可能進一步形成貝塔型氫化鈀並伴隨H/Pd比的快速增高，從而導致鈀金屬的膨脹與晶格位錯併產生應力，當應力過大時，膜會變脆、破裂。為控制H/Pd比的快速增高，一是提高温度或降低氫氣壓力，從而避免貝塔型氫化鈀的形成。另外，在鈀膜開始工作時，如果氫原料氣增壓過快，也會導致H/Pd比的快速增加，從而造成鈀的過快膨脹與氫脆。與純鈀膜相比，鈀合金膜的H/Pd比受到極大抑制，因此氫脆問題得到解決。

鈀膜的使用温度一般為300-500攝氏度，高温有利於提高透氫率，但會縮短膜的使用壽命，導致鈀膜與金屬接頭、焊料間相互擴散等一系列問題。鈀膜不能進行長時間高温氧化。氫原料氣的某些雜質可導致鈀中毒，使透氫性能下降，甚至可使膜遭到破壞。能引起鈀中毒的物質有：汞、砷化物、鹵化物、油蒸氣、含硫和磷物質以及粉塵等。