中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室3D打印摩擦器件组联合精细石油化工中间体国家工程研究中心工业催化课题组，在3D打印结构化陶瓷催化器件研究方面获新进展。上述成果发表在化学工程期刊上（Chemical Engineering Journal）。

仿螳螂虾布利冈结构的3D打印Pt/Al2O3陶瓷催化装置及其制备过程

功能陶瓷具有耐高温、耐腐蚀和高硬度等特性，在航天航空、生物医学和精细化工等领域受到广泛关注。然而，功能陶瓷由于其特殊的高熔点和高脆性等，无法采用传统加工技术制备出复杂、高精度结构。因此，结合增材制造技术快速构筑复杂结构陶瓷，实现其快速精密加工制造，并通过结构设计改善其性能具有重要意义。

前期，研究人员将处理后的甘蔗与金属有机框架ZIF-67@SCF CFR相结合，制备了一种新型的具有自然分层结构的连续流催化生物反应器，并将其用于处理有机污染物4-硝基苯酚。

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

3D打印偏移角度Al2O3陶瓷载体的整体结构和截面

近期，该团队以快速高效制备复杂结构功能化陶瓷为目标，受生物体布利冈结构启发，利用无机粘结剂为陶瓷骨架，采用3D打印技术制备了仿生布利冈结构的不同螺距角螺旋陶瓷催化器件和布利冈螺旋状催化陶瓷，用于甲苯蒸汽的催化性能研究。结果表明，功能陶瓷催化器件在200℃下获得的甲苯转化率在不同螺距角下不同，证明了不同结构设计对催化效率的影响具有重要意义。

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

研究人员采用DIW（直接墨水书写）3D打印技术，制备了Pt修饰Al₂O₃陶瓷催化器件，其灵感来自于仿生螳螂虾指节布利冈结构进行角度转换和气流方向改变。采用Al₂O₃粉末、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）颗粒和无机AP粘结剂构建稳定、低收缩的陶瓷催化载体。用陶瓷煅烧去除PMMA颗粒，为负载Pt提供锚点。与微孔结构相比，通过去除PMMA来制备更大的孔道以负载更多的催化剂，可替代复杂介孔结构的制备。

研究人员测试了甲苯蒸汽在不同旋转角度的仿生布利冈结构陶瓷催化反应器中的氧化情况和陶瓷催化反应器循环使用5次后的催化活性。相比粉末催化剂，整体式的陶瓷催化反应器不仅具有优良的催化活性，而且具有优良的重复使用性和更好的水稳定性。此外，验证采用制备的螺旋催化陶瓷来改变气流方向，从而延长气体与催化剂的接触时间，提高催化效率的可行性。总的来说，通过控制螺距角、尺寸以及结构图案来实现定制催化性能的简单而有效的方法。

参考来源：中科院兰州化物所

编译整理 YUXI