中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室3D打印摩擦器件組聯合精細石油化工中間體國家工程研究中心工業催化課題組，在3D打印結構化陶瓷催化器件研究方面獲新進展。上述成果發表在化學工程期刊上（Chemical Engineering Journal）。

仿螳螂蝦布利岡結構的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、生物醫學和精細化工等領域受到廣泛關注。然而，功能陶瓷由于其特殊的高熔點和高脆性等，無法采用傳統加工技術制備出復雜、高精度結構。因此，結合增材制造技術快速構筑復雜結構陶瓷，實現其快速精密加工制造，并通過結構設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框架ZIF-67@SCF CFR相結合，制備了一種新型的具有自然分層結構的連續流催化生物反應器，并將其用于處理有機污染物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陶瓷載體的整體結構和截面

近期，該團隊以快速高效制備復雜結構功能化陶瓷為目標，受生物體布利岡結構啟發，利用無機粘結劑為陶瓷骨架，采用3D打印技術制備了仿生布利岡結構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。結果表明，功能陶瓷催化器件在200℃下獲得的甲苯轉化率在不同螺距角下不同，證明了不同結構設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，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布利岡結構進行角度轉換和氣流方向改變。采用Al₂O₃粉末、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）顆粒和無機AP粘結劑構建穩定、低收縮的陶瓷催化載體。用陶瓷煅燒去除PMMA顆粒，為負載Pt提供錨點。與微孔結構相比，通過去除PMMA來制備更大的孔道以負載更多的催化劑，可替代復雜介孔結構的制備。

研究人員測試了甲苯蒸汽在不同旋轉角度的仿生布利岡結構陶瓷催化反應器中的氧化情況和陶瓷催化反應器循環使用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器不僅具有優良的催化活性，而且具有優良的重復使用性和更好的水穩定性。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。總的來說，通過控制螺距角、尺寸以及結構圖案來實現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