史玉升教授团队最新：一种简易且可批量化3D打印制备微纳多孔催化剂的方法

图1 3D打印/脱合金制备微纳多孔催化材料示意图

图2 纳米多孔Cu形貌、尺度与物相表征

实验结果表明，制备的微纳多孔催化剂在净化罗丹明B中显示出高效的降解效率，降解反应速率为 8.24 × 10-2 min-1，比传统均相Cu2+和非均相Cu粉末催化剂的反应速率分别提高了约8倍和2.5倍。同时，这种催化剂显示出有超高的稳定性和耐久性，以及出色的矿化和降解多化能力（图3）。优异的降解性能主要源自催化剂中分层互连的微纳米多孔结构，微米孔提供更多的比表面积，有利于在CuTi前驱体表面产生更多的纳米多孔Cu催化位点，纳米孔可为H2O2试剂与催化位点反应提供便捷的反应通道。降解机理研究表明，Cu(II)和Cu(I)之间的高效氧化还原循环反应，是高活性•OH自由基快速生成的根本原因（图4）。详细揭示了罗丹明B降解途径的四个步骤，包括N-去乙基化、发色团裂解、开环和矿化。

图3 微纳多孔催化剂显示出有超高的稳定性和耐久性以及出色的矿化和降解多化能力

图4 微纳多孔催化剂产生•OH自由基的机理示意图

最后，作者们制造了表面具有纳米多孔Cu的工业级尺寸叶轮和过滤器，以展示该方法在工程中的潜在应用。这项工作不仅证明了所提出的微纳多孔催化剂在实际应用中对废水净化的适用性，而且有望激发3D打印技术和化学合成的结合，以设计可调控的分级微纳多孔金属催化剂，并用于功能器件制造。

上述工作以题为“3D Printing and Chemical Dealloying of a Hierarchically Micro- and Nanoporous Catalyst for Wastewater Purification” 发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（文章链接：doi/10.1021/acsami.1c14076），论文第一作者为华中科技大学蔡超副教授，此前为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院博士后研究员，通讯作者为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院及新加坡3D打印中心周琨教授。

周琨教授团队长期从事高分子、金属3D打印的研究，包括材料开发、工艺过程模拟和结构设计等。此前，已有一项有趣的3D打印技术在环境应用方面的探索，团队利用激光3D打印技术制备了多种金属有机框架(MOF)/热塑性树脂复合薄膜，并探究了其在水处理方面的应用 (Li et al. ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11, 43, 40564-40574)。