2023 年 4 月 11 日，来自捷克科学院和马德里奥诺玛大学的研究人员发表了一项题为“3D 打印立方氧化锆晶格支撑用于陶瓷制氢的研究** 在本文中，我们报道了高孔 3D 模式机器人铸造 8YSZ 支架的制备并将其浸入钯纳米催化剂中，并初步研究了它们在 FA 制氢中的催化性能。 机械铸造后，8YSZ支架进行了流变学表征，并在不同温度下烧结，以在浸渍步骤后将PD纳米颗粒固定在陶瓷丝上所需的高孔隙率之间找到适当的平衡，并具有足够的抗压强度，并支持催化固定床反应器的恶劣条件。
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关于研究
描述了一种催化制氢的方法，使用轻质、高度多孔的 3D 模式 8mol% 钇稳定立方氧化锆支架进行钯 （PD） 催化纳米颗粒的机器铸造、热处理和浸渍，然后使用固定床反应器催化可再生甲酸 （FA） 脱氢。 用这种方法连续生成游离CO的H，Fa转化率为32%。
图1a）8ySZ油墨的表观粘度（ ）与剪切速率（ ）的关系;b） 剪切蓄积量（g）和损失量（g）模量与剪切应力（ ）之间的关系。
图2a）一组在不同温度下经过热处理的 8ySZ 支架。插图与 CAD 模型相对应。 b） 8YSZ-1200支架的光学图像，显示了图案化结构的开放通道和细丝。断裂 3D8YSZ-1200 的 Fesem 显微照片显示了打印的堆栈 （C），杆的细节 （D）。 1000 （E） 和 1400 （F） 烧结棒表面微观结构的 Fesem 图像。
图3a）应力-应变曲线就是一个典型的例子;b） 不同温度（1000 1400）下烧结8ysz支架的平均抗压强度（ ）与总孔隙率（ ）之比。
图 4 在 1200 和 1400 中表示烧结支架和致密颗粒的离子电导率。 a） 表观总电导率（ ）由结构的外部尺寸决定;b）考虑接触棒穿过三维结构的导电面积，对支架进行校正。
图5A）3D 8YSZ-1200支架（左）与新鲜3DPD 8YSZ催化剂（右）的比较，B）新鲜3DPD 8YSZ催化剂的钯核级XPS光谱，以及C）新鲜3DPD 8YSZ催化剂8YSZ颗粒表面一些钯纳米颗粒的TEM显微镜**。
图6研究了三维PD 8YSZ催化剂对FA分解连续制氢的催化性能。 使用以下操作条件，Fa 转化率 （x） 和气体流速 （q） 作为流入时间的函数：CFA，0 = 1 m，QL = 025 ml min,wcat= 4 g, t = 55℃，p= 1 atm。
图7：三维PD 8YSZ催化剂催化Fa分解反应产生的气体中H摩尔和H Co摩尔比的百分比。
研究结论
实验结果表明，采用假塑性水性油墨机械铸造制备的无框圆柱形电池8YSZ支架屈服应力为380Pa。 通过在不同温度（1000-1400°C）下烧结印刷图案结构，可以开发轻质3D陶瓷支架。 这些支架的总孔隙率可在 88% 至 75% 之间调节，棒孔隙率可在 61% 至 14% 之间调节，8ysz 晶粒尺寸可在 20 nm 至 2 m 之间调节。 根据应用要求，抗压强度可以在 0 的范围内6 到 6控制之间9MPa。 在1400°C的烧结温度下，8YSZ支架表现出离子导体的性质，其电导率约为800°C和5 S m，适用于电解质膜的应用。
在1200的烧结温度下，将高孔隙3D打印结构均匀地涂覆PD纳米颗粒，形成3dpd 8ysz催化剂。 该催化剂可用于可再生FA的催化脱氢，连续生产无共氧H。 在固定床反应器中，PD和PD的FA转化率达到32%。 这是首次将基于3D催化剂的结构反应器应用于这种类型的脱氢。
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