近日，界面材料研究領(lǐng)域權(quán)威期刊ACS Applied Materials & Interfaces在線發(fā)表了武漢工程大學(xué)郭嘉教授課題組在3D打印復(fù)合材料應(yīng)用于光催化領(lǐng)域的研究論文。 論文題目為“Photoactive hybrid materials with fractal designs produced via 3D printing and plasma grafting technologies”，第一作者為武漢工程大學(xué)法籍教師Yoann de Rancourt de Mimérand博士。



Wuhan Engineering University

3D打印復(fù)合材料制備過程簡圖。來源：武漢工程大學(xué)



功能化的復(fù)合物 

該論文旨在探索分形幾何在材料科學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用潛力。

利用3D打印技術(shù)制造的聚合物分形結(jié)構(gòu)，通過等離子體接枝技術(shù)，打印高度有序并提供重要表面積的基底用來固定納米催化劑顆粒。 研究團(tuán)隊(duì)探究了分形金字塔和分形錐體兩種分形單元，對(duì)分形金字塔進(jìn)行了大量的表征，多種復(fù)雜的上層結(jié)構(gòu)通過分解單元得到進(jìn)一步研究，并基于上述理論模型，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)對(duì)三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 

研究團(tuán)隊(duì)在CAD模型的基礎(chǔ)上，采用熔融沉積技術(shù)以聚乳酸為耗材“打印”具有分形結(jié)構(gòu)的多孔聚合物基質(zhì)，采用核殼合成和等離子體接枝相結(jié)合的方法，成功地將納米氧化鋅包覆在聚乳酸基底上。提高了催化劑的催化表面與反應(yīng)介質(zhì)的接觸面積，從而提高光催化產(chǎn)氫的產(chǎn)量。

根據(jù)武漢工程大學(xué)，該研究的創(chuàng)新點(diǎn)及其科學(xué)意義包括： -利用氧化鋅光催化活性產(chǎn)氫氣； -設(shè)計(jì)并3D“打印”具有分形結(jié)構(gòu)的聚合物基質(zhì)，增加光催化反應(yīng)面積； -首次結(jié)合核殼技術(shù)、等離子體接枝技術(shù)以及3D打印技術(shù)獲得了功能化的復(fù)合物。從幾何、尺寸和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)光催化劑進(jìn)行了改進(jìn)，從而提高產(chǎn)氫氣的效率。