Abstract High-temperature stability of Pd-based membranes benefits their application in steam reformers and sulfur-contaminated H 2 streams because both membrane reforming efficiency and sulfur tolerance of Pd alloys increase much with temperature. Hence, we investigated PdCu, PdAu, and PdCuAu membranes supported on porous ceramic tubes between 500 °C and 650 °C. Remarkably, PdCu membranes were much more stable than Au-containing ones. The H 2 permeation rates of some PdAu and PdCuAu membranes declined at 550 °C with substantially increasing N 2 fluxes. This was triggered by severe morphological deformation of the Au alloy films into stoichiometrically inhomogeneous, cavernous structures. The H 2 fluxes of the PdCu membranes started to decline at 650 °C with leak flows increasing slightly. Moreover, the PdCu layer morphology remained dense and compositionally homogeneous even after testing for up to 4800 h between 500 and 650 °C. The strikingly different high-temperature stability can be understood by considering the divergent surface segregation tendencies of Cu and Au and their differing impact on hydrogen solubility in Pd alloys. As a result, Au may desorb much more easily from membranes than Cu leading to structural instability above 500 °C during operation in H 2 . The instability of PdAu membranes at high temperatures may be mitigated by addition of sufficient Cu to obtain ternary membranes with good H 2 permeability and better thermal stability.

中文翻译：

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含Cu和Au的Pd合金膜的高温稳定性

摘要 Pd 基膜的高温稳定性有利于其在蒸汽重整器和硫污染的 H 2 流中的应用，因为 Pd 合金的膜重整效率和硫耐受性都随温度增加而显着增加。因此，我们研究了在 500 °C 和 650 °C 之间支撑在多孔陶瓷管上的 PdCu、PdAu 和 PdCuAu 膜。值得注意的是，PdCu 膜比含 Au 膜稳定得多。一些 PdAu 和 PdCuAu 膜的 H 2 渗透率在 550 °C 时下降，N 2 通量显着增加。这是由 Au 合金薄膜严重的形态变形为化学计量不均匀的海绵状结构引发的。PdCu 膜的 H 2 通量在 650 °C 时开始下降，泄漏流量略有增加。而且，即使在 500 到 650 °C 之间测试长达 4800 小时后，PdCu 层形态仍保持致密和成分均匀。通过考虑 Cu 和 Au 不同的表面偏析趋势及其对 Pd 合金中氢溶解度的不同影响，可以理解显着不同的高温稳定性。因此，在 H 2 中操作期间，Au 可能比 Cu 更容易从膜上解吸，导致结构在 500°C 以上不稳定。PdAu 膜在高温下的不稳定性可以通过添加足够的 Cu 来减轻，以获得具有良好 H 2 渗透性和更好热稳定性的三元膜。通过考虑 Cu 和 Au 不同的表面偏析趋势及其对 Pd 合金中氢溶解度的不同影响，可以理解显着不同的高温稳定性。因此，在 H 2 中操作期间，Au 可能比 Cu 更容易从膜上解吸，导致结构在 500°C 以上不稳定。PdAu 膜在高温下的不稳定性可以通过添加足够的 Cu 来减轻，以获得具有良好 H 2 渗透性和更好热稳定性的三元膜。通过考虑 Cu 和 Au 不同的表面偏析趋势及其对 Pd 合金中氢溶解度的不同影响，可以理解显着不同的高温稳定性。因此，在 H 2 中操作期间，Au 可能比 Cu 更容易从膜上解吸，导致结构在 500°C 以上不稳定。PdAu 膜在高温下的不稳定性可以通过添加足够的 Cu 来减轻，以获得具有良好 H 2 渗透性和更好热稳定性的三元膜。