华中科技大学柳林组:3D打印脱合金技术制备分级多孔纳米金属及其高效降解污水性能


       先进的氧化工艺为废水中有机污染物的降解提供了一条有前途的途径,其中开发高效催化剂至关重要。


       最近,华中科技大学材料科学与工程学院非晶态材料研究室柳林教授课题组的杨冲、张诚等人,利用3D打印/脱合金化复合技术成功制备出三维分级纳米多孔Cu催化剂(3D NP-Cu),并系统研究其污水降解性能。所开发的新型3D NP-Cu催化剂的比表面积相比非晶条带增加了660倍,因此表现出优异的催化降解性能。其对偶氮染料的降解效率分别是商用Cu2+和Cu粉的14倍和4倍。此外,3D NP-Cu还表现出良好的循环稳定性,在多次循环后催化效率仍保持90%以上。


       这种催化剂还能高效降解复杂染料(多种混合染料)以及有效去除废水COD。研究发现,3D NP-Cu的高效催化性能来源于大比表面积,丰富的表面原子台阶与纳米Cu2O颗粒,以及便于物质传输的微孔结构。作者还展示了利用这种新型3D打印技术构建复杂催化剂构件的可行性,并验证了其催化性能。


图1:3D打印技术制备不同形状非晶合金以及3D打印技术和脱合金化原理示意图


图2:3D NP-Cu催化剂显微结构表征(SEM,XRD,XPS)


图3:3D打印纳米多孔风扇及其催化降解性能展示


       相关工作发表在Journal of Materials Chemistry A,2018,6,20992-21002


       该研究得到了国家自然科学基金(51531003;51471074;51771077);科技部973项目(2015C856801)以及国家重点研发计划(2016YFB1100101) 等项目资助。 


文章链接DOI:10.1039/c8ta07973k

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