中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點實驗室3D打印摩擦器件組聯(lián)合精細(xì)石油化工中間體國家工程研究中心工業(yè)催化課題組，在3D打印結(jié)構(gòu)化陶瓷催化器件研究方面獲新進(jìn)展。上述成果發(fā)表在化學(xué)工程期刊上（Chemical Engineering Journal）。

仿螳螂蝦布利岡結(jié)構(gòu)的3D打印Pt/Al2O3陶瓷催化裝置及其制備過程

功能陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕和高硬度等特性，在航天航空、生物醫(yī)學(xué)和精細(xì)化工等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，功能陶瓷由于其特殊的高熔點和高脆性等，無法采用傳統(tǒng)加工技術(shù)制備出復(fù)雜、高精度結(jié)構(gòu)。因此，結(jié)合增材制造技術(shù)快速構(gòu)筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷，實現(xiàn)其快速精密加工制造，并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計改善其性能具有重要意義。

前期，研究人員將處理后的甘蔗與金屬有機(jī)框架ZIF-67@SCF CFR相結(jié)合，制備了一種新型的具有自然分層結(jié)構(gòu)的連續(xù)流催化生物反應(yīng)器，并將其用于處理有機(jī)污染物4-硝基苯酚。

論文地址：https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104907

3D打印偏移角度Al2O3陶瓷載體的整體結(jié)構(gòu)和截面

近期，該團(tuán)隊以快速高效制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能化陶瓷為目標(biāo)，受生物體布利岡結(jié)構(gòu)啟發(fā)，利用無機(jī)粘結(jié)劑為陶瓷骨架，采用3D打印技術(shù)制備了仿生布利岡結(jié)構(gòu)的不同螺距角螺旋陶瓷催化器件和布利岡螺旋狀催化陶瓷，用于甲苯蒸汽的催化性能研究。結(jié)果表明，功能陶瓷催化器件在200℃下獲得的甲苯轉(zhuǎn)化率在不同螺距角下不同，證明了不同結(jié)構(gòu)設(shè)計對催化效率的影響具有重要意義。

論文地址：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145504

研究人員采用DIW（直接墨水書寫）3D打印技術(shù)，制備了Pt修飾Al₂O₃陶瓷催化器件，其靈感來自于仿生螳螂蝦指節(jié)布利岡結(jié)構(gòu)進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換和氣流方向改變。采用Al₂O₃粉末、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）顆粒和無機(jī)AP粘結(jié)劑構(gòu)建穩(wěn)定、低收縮的陶瓷催化載體。用陶瓷煅燒去除PMMA顆粒，為負(fù)載Pt提供錨點。與微孔結(jié)構(gòu)相比，通過去除PMMA來制備更大的孔道以負(fù)載更多的催化劑，可替代復(fù)雜介孔結(jié)構(gòu)的制備。

研究人員測試了甲苯蒸汽在不同旋轉(zhuǎn)角度的仿生布利岡結(jié)構(gòu)陶瓷催化反應(yīng)器中的氧化情況和陶瓷催化反應(yīng)器循環(huán)使用5次后的催化活性。相比粉末催化劑，整體式的陶瓷催化反應(yīng)器不僅具有優(yōu)良的催化活性，而且具有優(yōu)良的重復(fù)使用性和更好的水穩(wěn)定性。此外，驗證采用制備的螺旋催化陶瓷來改變氣流方向，從而延長氣體與催化劑的接觸時間，提高催化效率的可行性?？偟膩碚f，通過控制螺距角、尺寸以及結(jié)構(gòu)圖案來實現(xiàn)定制催化性能的簡單而有效的方法。

參考來源：中科院蘭州化物所

編譯整理 YUXI