西班牙利用3D打印技术研发高级催化剂 可用于净化燃料电池中的氢
汽车新能源
2020-08-11 10:29
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事实证明,3D打印机的应用比最初设计出来的用途要多得多。据外媒报道,西班牙阿利坎特大学(University of Alicante)就在利用3D打印机设计和制造高级催化剂,用于减少温室气体排放的环境应用,以及净化燃料电池所需的氢气等能源应用。事实上,此类设备也被认为是一种环保的替代品,可以取代传统的汽车发动机。


(图片来源:阿利坎特大学)


得益于阿利坎特大学无机化学教授Agustín Bueno López和Dolores Lozano Castelló领导的一组研究人员所研发的一种利用3D打印设计和生产高级催化剂的新方法,上述应用得以实现。目前,研究人员还对该技术申请了专利。


(图片来源:阿利坎特大学)


科学家们已经证明,3D打印机是一种便宜、快速且多功能的替代方案,可用于设计和生产催化剂的组成部分——整体式催化剂的内部。


整体式催化剂,如“蜂巢”催化剂,在工业和发动机的多相催化反应中被用于给催化剂提供支持。在此类反应中,相互作用的气体和作为催化剂的固体或灰尘起着主要作用。此两种物质会参与到整体式催化剂的化学反应中,将有毒气体转化为无毒气体,或制成所需的最终产品。


(图片来源:阿利坎特大学)


目前,需要利用挤压法获取整体式催化剂,因此只能获取具有并行通道的整体式催化剂。由于改进了对灰尘的使用,固体得以在整体式催化剂的几何结构中沉积,从而改善化学反应。这正是利用阿利坎特大学专利方法所取得的成果,该方法包括利用3D打印技术设计和制造具有先进通道设计的催化剂,以取代标准的挤压法。


用作催化剂的粉末成本很高,因此需要采用更加便宜的方法。此种材料作为催化剂的活性相,由阿利坎特大学研究小组在实验室中合成。Agustín Bueno解释道,此种粉末非常昂贵,储量也不丰富,主要成分是铂、钯、铑或氧化铈等金属。因此,在具有几何形状和先进设计的整体式催化剂中制造内部通道非常重要。


在此类多相催化应用中,关键的是要优化气体和固体之间的接触,这一问题已经被该研究小组解决。Dolores Lozano表示,3D打印发能够利用陶瓷、碳、聚合物等新成分以及新通道设计生产整体式催化剂。目前,不仅利用挤压法制出并行通道,还凭靠先进设计,得以设计和研发出针对多相催化反应进行优化的催化剂,在此类反应中,反应物处于气相,从而可以改进所采用的传统催化剂。


此种催化剂可用于二氧化碳甲烷化反应,因而可以减少温室气体排放。而且现在转化和使用二氧化碳对于减少温室气体排放,是一种很有吸引力和前景的解决方案。Agustín Bueno还解释了,该研究小组如何利用3D打印设计和制成先进催化剂,成功提升了二氧化碳甲烷化的速度。


此外,选择性氧化一氧化碳是一种必要的反应,可用于净化燃料电池中的氢。此种类型的装置被认为是一种环保替代品,可取代传统内燃机。


阿利坎特大学利用3D打印设计生产的催化剂,能够优化其成分和几何结构、优化合成催化剂在一氧化碳选择性氧化时的表现,而且工作效率更高,可在150摄氏度以下工作。