據(jù)上海高等研究院消息，近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院工程科學(xué)團(tuán)隊(duì)在 3D 打印技術(shù)制備車(chē)載甲醇重整制氫催化劑研究中取得進(jìn)展。

　　氫氣的高額運(yùn)輸儲(chǔ)存成本和低能量密度是氫動(dòng)力燃料電池汽車(chē)在市場(chǎng)上推廣應(yīng)用的阻礙之一。車(chē)載甲醇重整制氫可在不使用氫氣作為直接原料的情況下為燃料電池汽車(chē)供氫，為降低其燃料儲(chǔ)存成本和運(yùn)輸成本提供了有效路徑。

　　▲3D 打印制備甲醇重整制氫催化劑

　　傳統(tǒng)催化劑機(jī)械強(qiáng)度低，在車(chē)輛高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中床層易破碎從而影響催化劑活性，需開(kāi)發(fā)一種高機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)保持高催化活性的催化劑制備技術(shù)。

　　據(jù)此，工程科學(xué)團(tuán)隊(duì)提出一種使用 3D 打印技術(shù)制備整體式催化劑，通過(guò)調(diào)控載體組成與煅燒溫度，改進(jìn)催化劑空間結(jié)構(gòu)等策略，開(kāi)發(fā)出一種新型兼具高機(jī)械強(qiáng)度和高催化活性的 3D 打印催化劑制備方法。

　　▲(a)：DLP-3D 打印后的基底載體，(b)：浸漬干燥結(jié)晶后的樣品，(c)：煅燒后的樣品，(d)(e)：樣品的 SEM 圖像和原子力顯微鏡表面形貌

　　研究以光固化 3D 打印技術(shù)制備催化劑載體，結(jié)合低場(chǎng)核磁共振空間測(cè)試金屬離子分布，分析了 3D 打印氧化鋁多孔載體中機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率與煅燒溫度組成的關(guān)系，揭示了多孔載體中金屬離子的擴(kuò)散效應(yīng)，同時(shí)開(kāi)發(fā)了核磁成像定量測(cè)試金屬離子分布技術(shù)。通過(guò)干燥結(jié)晶煅燒方法，成功在高機(jī)械強(qiáng)度氧化鋁多孔載體上合成了銅鋅片層結(jié)構(gòu)活性組分層。通過(guò)改進(jìn)氧化鋁載體空間結(jié)構(gòu)，從而提高傳熱與傳質(zhì)效率降低床層壓降，進(jìn)而提高甲醇重整反應(yīng)催化效果。經(jīng)過(guò)對(duì)反應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化，單位質(zhì)量催化劑氫氣的時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到 536 mol / kgcat / h，超過(guò)目前報(bào)道的大部分同類(lèi)型催化劑。同時(shí)，催化劑機(jī)械強(qiáng)度高，徑向壓潰強(qiáng)度達(dá) 152.4 N / mm，是目前傳統(tǒng)顆粒催化劑的 4 倍，可適應(yīng)車(chē)載加速顛簸等情況。

　　研究有助于推動(dòng)甲醇重整制氫技術(shù)在車(chē)載燃料電池等領(lǐng)域的發(fā)展，并為新型整體式催化劑的開(kāi)發(fā)提供了新思路。

　　據(jù)了解，相關(guān)成果發(fā)表在 Journal of Energy Chemistry 上。研究得到中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中科院科技網(wǎng)絡(luò)服務(wù)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。