同軸3D打印策略構(gòu)建具有相互連接的蜂窩結(jié)構(gòu)的基于分子篩的核-殼整體式催化劑

來(lái)源：化學(xué)與材料科學(xué)

構(gòu)筑核殼結(jié)構(gòu)催化劑能夠增強(qiáng)NH3-SCR去除NOx的性能和穩(wěn)定性，但是傳統(tǒng)的核殼結(jié)構(gòu)催化劑制備方法需要多個(gè)步驟，對(duì)合成條件非常苛刻的控制，催化劑的設(shè)計(jì)具有局限。

基于此，吉林大學(xué)于吉紅院士團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種簡(jiǎn)單的同軸3D打印策略，以親水非致密二氧化硅（SiO2）為殼，Cu-SSZ-13分子篩為核，構(gòu)建了具有相互連接的蜂窩結(jié)構(gòu)的基于分子篩的核-殼整體式催化劑。相關(guān)研究成果以“ Coaxial 3D Printing of Zeolite-based Core-shell Monolithic Cu-SSZ-13@SiO2 Catalysts for Diesel Exhaust Treatment“ 為題，近日在線發(fā)表于國(guó)際著名期刊《Advanced Materials》上。

作者利用同軸3D打印技術(shù)制備了Cu-SSZ-13@SiO2催化劑。采用Cu-SSZ-13分子篩（粒徑約500 nm、Si/Al=4.6、Cu負(fù)載為3.9 wt.%）作為核材料，殼層材料為粒徑約10 nm的SiO2。通過(guò)調(diào)節(jié)Cu-SSZ-13和SiO2、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑（高嶺土納米管，HNTs）、有機(jī)粘結(jié)劑（羥丙基甲基纖維素，HPMC）和溶劑（去離子水和乙醇）的比例，制備出均勻性好、彈性優(yōu)化、附著力高的印刷油墨。在沉積過(guò)程中，乙醇在室溫下的快速揮發(fā)保證了殼層的固化。然后將單塊石立即進(jìn)行凍干，有助于保持多孔宏觀結(jié)構(gòu)。最后，在550 ℃下燒結(jié)6 h，去除有機(jī)添加劑，得到核-殼整體式催化劑。

圖1. 3D-Cu-SSZ-13@SiO2整體式催化劑的制備與表征

圖2.不同3D打印催化劑的形貌表征

圖3. 3D-Cu-SSZ-13的表征

圖4.催化性能

圖5.同軸3D打印分子篩基材料的形貌與性能

對(duì)比Cu-SSZ-13單體受到界面擴(kuò)散的影響，SiO2殼層增加了Cu-SSZ-13@SiO2上活性位點(diǎn)的可及性，在200-550 ℃和300000 cm3 g−1 h−1的條件下，NO轉(zhuǎn)化率提高了10-20%。同時(shí)，較厚的SiO2殼層不僅抑制了脫Al和CuOx物種的形成，而且增強(qiáng)了催化劑的水熱穩(wěn)定性。此外，通過(guò)同軸3D打印可以實(shí)現(xiàn)其他具有代表性的以不同拓?fù)浞肿雍Y為殼、不同金屬氧化物為核的整體式催化劑。該策略允許多種多孔材料直接集成，有助于靈活設(shè)計(jì)和制備具有定制功能的各種核-殼單片催化劑。


原文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202302912