近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所在《Journal of the European Ceramic Society》發(fā)表了題為《One-pot preparation of 3D-printed Co-loaded silica ceramic catalysts》的研究，探索通過直接墨水書寫 (DIW) 一鍋法制備 Co 負(fù)載二氧化硅陶瓷基催化劑。3D打印催化劑具有高效、節(jié)能、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)使用磷酸二氫鋁 (AP) 作為無機(jī)粘合劑和羥丙基甲基纖維素 (HPMC) 作為有機(jī)粘合劑，制備了具有不同網(wǎng)格尺寸和 Co 負(fù)載量 (1-3 wt%) 的二氧化硅陶瓷基催化劑。

《Journal of the European Ceramic Society》, Volume 45, Issue 6, June 2025, 117225
One-pot preparation of 3D-printed Co-loaded silica ceramic catalysts
Shengcai Wu a b, Pengwei Li a b, Xiaotong Zhang a b, Rongjie Wang a , Xin Jia a Yuxiong Guo bc , Xiaolong Wang bc

研究內(nèi)容

本研究針對(duì)3D打印陶瓷催化劑制備方法繁瑣以及催化活性物質(zhì)在載體上分布不均勻的問題，采用“一鍋法”合成了3D打印硅陶瓷基催化劑。由于貴金屬催化劑價(jià)格昂貴，研究團(tuán)隊(duì)選擇鈷作為催化活性物質(zhì)。為了實(shí)現(xiàn)這一過程，他們將磷酸二氫鋁（AP）和羥丙基甲基纖維素（HPMC）與不同量的四水醋酸鈷混合以制備相應(yīng)的墨水，然后將其用于直接墨水書寫（DIW）以制造硅陶瓷基催化劑。

以下是文章的研究方法及數(shù)據(jù)：

圖1，載鈷二氧化硅陶瓷催化劑制備過程示意圖

圖2，(a)和(b)分別為1 wt% Co-AP-C和1 wt% Co-HPMC-C油墨的剪切速率與粘度的關(guān)系。 (c)和(d)分別為1 wt% Co-AP-C和1 wt% Co-HPMC-C油墨的剪切應(yīng)力與模量的關(guān)系

圖3，(a)–(c) 1 wt% Co樣品的SEM圖像，網(wǎng)格尺寸分別為1.4、1.8和2.2毫米。(d)和(e)分別為1 wt% Co-HPMC-C和1 wt% Co-AP-C的背散射電子顯微照片

圖4，(a)–(e) 2 wt% Co-AP-C 的能量色散 X 射線光譜 (EDS) 圖。(f) 2 wt% Co-AP-C 的元素含量

圖5，(a)和(c)–(e)2 wt% Co-HPMC-C的EDS圖。(b)2 wt% Co-HPMC-C的元素含量

圖6，(a) 1 wt% Co-AP-C 和 (b) 1 wt% Co-HPMC-C 的Co 2 p軌道峰

圖7，紫外可見曲線表明4-NP在（a）1 wt％Co-AP-C和（b）-（d）HPMC-C（其中Co含量分別為1至3 wt％）下的催化轉(zhuǎn)化情況

圖8，(a) 使用 2 wt% Co-HPMC-C 在不同網(wǎng)格尺寸下對(duì) 4-NP 的轉(zhuǎn)化率。(b) 使用不同粘合劑的 3D 打印陶瓷基催化劑對(duì) 4-NP 的轉(zhuǎn)化率。(c) 使用 1-3 wt% Co-HPMC-C 對(duì) 4-NP 的轉(zhuǎn)化率。(d) 2 wt% Co-HPMC-C 催化的 4-NP 轉(zhuǎn)化的循環(huán)穩(wěn)定性