理論上講，高超音速飛機能在90分鐘內從倫敦飛到紐約。然而，極端高溫水平一直是限制高超音速飛行發展的重大挑戰。sciencedaily.com網站當地時間9月7日報道，澳大利亞皇家墨爾本理工大學（RMIT）的研究人員開發了一種超高效3D打印催化劑。這種催化劑成本低廉、易于規模化生產，不僅有望解決超音速飛機的過熱問題，還為各行各業的熱管理提供了革命性的解決方案。相關研究成果刊登在《化學通訊》雜志中。
催化劑反應
改變過熱挑戰
或開啟催化技術新時代
研究人員利用沸石對3D打印的金屬點陣晶格結構進行功能化制造出的新一代催化劑，或將開啟催化技術發展新時代。
根據首席研究員Selvakannan Periasamy博士，新催化劑攻克了超音速飛機發展中最大的難點之一——控制飛機在超5倍音速飛行時積累的超高熱量。隨著研究的推進，科學家們的研究工作希望這種3D打印催化劑能改變任何存在過熱挑戰的工業過程。
根據論文作者Roxanne Hubesch，在為飛機提供動力的同時能夠吸收熱量的燃料，是最具希望的過熱問題解決方案之一。這一設想的實現需要高效催化劑的吸熱化學反應作為基礎。此外，燃料與催化劑接觸的熱交換器的尺寸必須盡可能小，因為高超音速飛機的體積和質量都受到了嚴格限制。
為了制造新型催化劑，研究人員3D打印了金屬合金質微型熱交換器，并在其表面涂覆了一層沸石。隨后，他們在實驗室中模擬了高超音速燃料經歷的極端溫度和壓力，以測試新催化劑的性能。研究人員發現，當3D打印結構升溫時，部分金屬會進入沸石框架，該過程對新催化劑的超高效率至關重要。
根據Hubesch，3D打印催化劑反應器就像微型化學反應器，金屬和沸石在融合之后變得非常高效。這是一個令人振奮的催化新方向，但科學家們還需要進行更多研究，以充分了解其過程，并確定催化劑成分的最佳組合。
下一階段，研究人員計劃使用包括X-射線同步加速器技術在內的其他分析方法研究3D打印催化劑，以進一步優化其結構。他們還希望將3D打印催化劑的應用場景拓展至車輛空氣污染控制和室內空氣質量改善等方面。
根據RMIT先進材料與工業化學中心負責人Suresh Bhargava教授，與催化技術相關的化學工業產值高達數萬億美元。第三代催化技術能夠與3D打印技術相結合，創造出前所未見的復雜設計。科研人員設計的3D打印催化劑反應器代表了一類全新的催化方法，有可能徹底改變催化技術的未來。”
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3D打印開啟曲徑通幽的催化技術
根據3D科學谷的市場觀察，3D打印用于催化領域，我國已獲得研究領域的建樹。在這方面，中國科學院蘭州化學物理研究所王曉龍研究員團隊與蘭州大學周林成副教授團隊合作，結合3D打印技術在復雜器件構筑及自由設計、制造與成型等領域的優勢，開展了3D打印MOFs修飾的多孔陶瓷催化材料與器件研究，用于水體有機污染物催化降解。
MOFs原位生長策略制備3D打印多級多孔陶瓷示意圖
借助3D打印在設計與制造方面的優勢，研究人員設計構筑了不同結構的陶瓷骨架，對陶瓷催化材料的結構和催化性能進行了優化。同時，研究人員利用3D打印技術還很便捷地實現了多種類型的催化反應器件，如圖3所示的3D打印催化過濾器和3D打印葉輪攪拌器。所得器件具有良好的有機染料催化降解效果且可重復使用，表明3D打印MOFs修飾多孔催化材料與器件在實際廢水處理方面具有較好的應用潛力以及工程化意義。
來源：3D科學谷 http://www.3dsciencevalley.com/?p=24308
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高經理
