武汉工程大学在3D打印复合材料应用于光催化领域取得重要研究进展

近日，界面材料研究领域权威期刊ACS Applied Materials & Interfaces在线发表了武汉工程大学郭嘉教授课题组在3D打印复合材料应用于光催化领域的研究论文。 论文题目为“Photoactive hybrid materials with fractal designs produced via 3D printing and plasma grafting technologies”，第一作者为武汉工程大学法籍教师Yoann de Rancourt de Mimérand博士。

3D打印复合材料制备过程简图。来源：武汉工程大学

功能化的复合物

该论文旨在探索分形几何在材料科学领域的具体应用潜力。

利用3D打印技术制造的聚合物分形结构，通过等离子体接枝技术，打印高度有序并提供重要表面积的基底用来固定纳米催化剂颗粒。 研究团队探究了分形金字塔和分形锥体两种分形单元，对分形金字塔进行了大量的表征，多种复杂的上层结构通过分解单元得到进一步研究，并基于上述理论模型，利用计算机辅助设计(CAD)对三维结构进行了设计。

研究团队在CAD模型的基础上，采用熔融沉积技术以聚乳酸为耗材“打印”具有分形结构的多孔聚合物基质，采用核壳合成和等离子体接枝相结合的方法，成功地将纳米氧化锌包覆在聚乳酸基底上。提高了催化剂的催化表面与反应介质的接触面积，从而提高光催化产氢的产量。

根据武汉工程大学，该研究的创新点及其科学意义包括： -利用氧化锌光催化活性产氢气； -设计并3D“打印”具有分形结构的聚合物基质，增加光催化反应面积； -首次结合核壳技术、等离子体接枝技术以及3D打印技术获得了功能化的复合物。从几何、尺寸和微观结构对光催化剂进行了改进，从而提高产氢气的效率。