Katalysatorer kan byggas i ett steg genom att direkt lysa en laser genom ett bad med skräddarsydda hartser som polymeriserar och härdar lager för lager. Kredit:Ames Laboratory
U.S. Department of Energy's Ames Laboratory har utvecklat en 3D-tryckprocess som skapar ett kemiskt aktivt katalytiskt föremål i ett enda steg, öppnar dörren till mer effektiva sätt att producera katalysatorer för komplexa kemiska reaktioner inom ett brett spektrum av industrier.
Medan 3D-utskrift har hittat applikationer inom många områden, dess användning som ett sätt att kontrollera kemiska reaktioner, eller katalys, är relativt ny. Nuvarande produktion av 3D-katalysatorer innefattar vanligtvis olika metoder för att avsätta de kemiskt aktiva medlen på förtryckta strukturer.
Ames Laboratory-metoden kombinerar strukturen med kemin i bara ett steg med billiga kommersiella 3D-skrivare. Strukturerna är utformade i en dator och byggda direkt genom att skina en laser genom ett bad med skräddarsydda hartser som polymeriserar och härdar lager för lager. Den slutliga produkten som framträder har katalytiska egenskaper som redan är föremål för objektet.
"Monomererna, eller byggstenar som vi börjar med, är utformade för att vara bifunktionella. De reagerar med ljus för att härda in i den tredimensionella strukturen, och fortfarande behålla aktiva platser för kemiska reaktioner att inträffa, "sade Sebastián Manzano, en doktorand vid Institutionen för kemi i Iowa State och som genomförde de flesta experimenten.
Katalysatorerna som byggdes med denna metod visade framgång i flera reaktioner som är gemensamma för organisk kemi. De är också anpassningsbara med ytterligare efterbehandling, möjliggör flerstegsreaktioner.
Ames Laboratory har utvecklat en ettstegs 3D-utskriftsprocess för katalysatorer som kan anpassas till alla former-i denna demonstration Ames Laboratory-logotypen. Kredit:Ames Laboratory
"Vi kan styra själva strukturens form, vad vi kallar makroskalfunktionerna; och utformningen av katalysatorn, nanoskala funktioner, på samma gång", sa Igor långsamt, en forskare inom heterogen katalys vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory. "Detta öppnar många möjligheter att snabbt producera strukturer anpassade för att utföra en mängd olika kemiska omvandlingar."
Denna forskning diskuteras vidare i uppsatsen "Direct 3-D Printing of Catalytically Active Structures, "författad av J. Sebastián Manzano, Zachary B. Weinstein, Aaron D. Sadow, och Igor I. Saktar ner; och publicerad i ACS -katalys .
