首创单原子催化剂3D打印

由阿德莱德大学澳大利亚桂冠研究员乔世章教授领导的一项大型国际合作开发了一种使用3D打印技术生产单原子催化剂(SAC)的直接且具有成本效益的合成方法——可能为大型催化剂铺平道路-具有广泛工业应用的规模商业生产。

该研究已发表在《自然综合》杂志上。

该团队在COVID锁定期间将样品邮寄到澳大利亚同步加速器，以使用X射线吸收光谱(XAS)光束线进行材料表征。

催化剂是一种旨在驱动特定化学反应以将化学品转化为其他危害较小、有价值的工业产品的物质。通常发现给定催化剂有助于反应的效率由其表面积决定。

例如，块状金属钴箔可能有助于化学还原，但考虑到可用于发生反应的表面积更大，以纳米颗粒形式存在的相同数量的钴原子将显着提高效率。

极端地说，单原子催化剂(SAC)指的是单个金属原子，它们不与金属结合，但通常均匀分散在固定基底(如碳)上，提供最高可能的原子经济价值。

化学反应的理想原子经济性，称为100%原子经济性，是指所有反应物原子都存在于所需产物中的过程。

然而，目前的湿化学工艺、机械化学磨损、热冲击波和激光照射的生产方法被认为是复杂、昂贵且不适合大规模生产的。

“我们开发了一种合成方法，允许使用3D打印来制造单原子催化剂。我们的方法有可能比目前的方法更具成本效益和更简单，”乔教授解释说。

3D打印允许定制从毫米到米的几何设计，这对于工业应用很重要。

3D打印和单原子催化剂的结合提供了一种有前途但简化的方法来制造不同规模的SAC。

乔教授说：“这种新颖的组合有可能提升澳大利亚作为应对气候变化影响的全球领导者的地位，并帮助我们率先采用新技术来制造造福社会的化学品。”

资深科学家BerntJohannessen博士也是该论文的合著者和长期合作者，他为研究团队跨多个波束时间分配(和多个COVID锁定)对XAS波束线进行了测量。

“令人高兴的是，我们能够确认3D打印技术生产的材料由孤立的单原子位点组成，而不是纳米粒子或原子簇。该仪器使我们能够区分钴与轻元素(如碳或钴)的键合与其他钴结合形成纳米颗粒，”Johannessen博士证实。

“你拥有的簇越大，它们作为单原子催化剂的效率就越低，因此确认单原子位点的孤立性质对于项目结论和潜在的工业应用至关重要。

“在过去的几年里，ANSTO的XASBeamline已经成为该领域许多备受瞩目的研究的组成部分，我们期待看到我们的用户社区在未来几年如何继续发展。”