學(xué)術(shù)分享丨DIW墨水直寫3D打印制備鎳催化劑在CO?甲烷化反應(yīng)中的應(yīng)用研究

近日，寧夏大學(xué)羅發(fā)亮團(tuán)隊(duì)在《Fuel》發(fā)表了相關(guān)研究，探討DIW墨水直寫3D打印技術(shù)制備鎳（Ni）催化劑提升CO?甲烷化反應(yīng)催化性能的應(yīng)用。

研究背景

CO?甲烷化反應(yīng)（CO? + 4H? → CH? + 2H?O）是重要化學(xué)反應(yīng)，可將溫室氣體CO?轉(zhuǎn)化為甲烷（CH?），助力緩解溫室氣體排放，為能源存儲與利用提供潛在途徑。鎳（Ni）基催化劑因成本低、催化活性與穩(wěn)定性良好，在CO?甲烷化反應(yīng)中應(yīng)用廣泛。但其性能與穩(wěn)定性受活性表面積、粒子大小、分散性等因素制約。

近年來，3D打印技術(shù)（DIW墨水直寫 3D打印）為催化劑設(shè)計(jì)與制備提供新方向，可精確控制催化劑形貌、結(jié)構(gòu)與組成，優(yōu)化催化性能。

研究目的

基于DIW墨水直寫3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)與制造鎳（Ni）催化劑，評估其在CO?甲烷化反應(yīng)中的催化性能，借助3D打印技術(shù)優(yōu)勢改善催化劑結(jié)構(gòu)與活性，提高CO?轉(zhuǎn)化率與甲烷產(chǎn)率。

研究方法及數(shù)據(jù)

圖1 結(jié)構(gòu)頂視圖和剖面圖（1-1斜網(wǎng)格、垂直網(wǎng)格、1-3位錯網(wǎng)格、1-1旋轉(zhuǎn)斜網(wǎng)格）

圖2 不同Ni濃度催化劑的N?吸附-脫附等溫線（a）和孔徑分布（b）

圖3 20%Ni/SiOC催化劑的掃描電鏡圖

核心結(jié)論

• 最佳反應(yīng)溫度為325℃，甲烷選擇性達(dá)100%，28%Ni/SiOC催化劑轉(zhuǎn)化率最高（92.18%）。
• 反應(yīng)壓力提升至2.0 MPa時(shí)，20%Ni/SiOC催化劑在300℃轉(zhuǎn)化率達(dá)96.48%。
• 加入配體可降低反應(yīng)溫度，300℃時(shí)20%Ni/SiOC-AM轉(zhuǎn)化率（91.25%）比同溫度下20%Ni/SiOC催化劑高5%。
• 更大纖維間距利于質(zhì)量傳遞，提升催化效率。
• 未來可優(yōu)化活性金屬負(fù)載至3D打印結(jié)構(gòu)表面的實(shí)驗(yàn)方法，減少廢物產(chǎn)生。