理论上讲，高超音速飞机能在90分钟内从伦敦飞到纽约。然而，极端高温水平一直是限制高超音速飞行发展的重大挑战。sciencedaily.com网站当地时间9月7日报道，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT）的研究人员开发了一种超高效3D打印催化剂。这种催化剂成本低廉、易于规模化生产，不仅有望解决超音速飞机的过热问题，还为各行各业的热管理提供了革命性的解决方案。相关研究成果刊登在《化学通讯》杂志中。
催化剂反应
改变过热挑战
或开启催化技术新时代
研究人员利用沸石对3D打印的金属点阵晶格结构进行功能化制造出的新一代催化剂，或将开启催化技术发展新时代。
根据首席研究员Selvakannan Periasamy博士，新催化剂攻克了超音速飞机发展中最大的难点之一——控制飞机在超5倍音速飞行时积累的超高热量。随着研究的推进，科学家们的研究工作希望这种3D打印催化剂能改变任何存在过热挑战的工业过程。
根据论文作者Roxanne Hubesch，在为飞机提供动力的同时能够吸收热量的燃料，是最具希望的过热问题解决方案之一。这一设想的实现需要高效催化剂的吸热化学反应作为基础。此外，燃料与催化剂接触的热交换器的尺寸必须尽可能小，因为高超音速飞机的体积和质量都受到了严格限制。
为了制造新型催化剂，研究人员3D打印了金属合金质微型热交换器，并在其表面涂覆了一层沸石。随后，他们在实验室中模拟了高超音速燃料经历的极端温度和压力，以测试新催化剂的性能。研究人员发现，当3D打印结构升温时，部分金属会进入沸石框架，该过程对新催化剂的超高效率至关重要。
根据Hubesch，3D打印催化剂反应器就像微型化学反应器，金属和沸石在融合之后变得非常高效。这是一个令人振奋的催化新方向，但科学家们还需要进行更多研究，以充分了解其过程，并确定催化剂成分的最佳组合。
下一阶段，研究人员计划使用包括X-射线同步加速器技术在内的其他分析方法研究3D打印催化剂，以进一步优化其结构。他们还希望将3D打印催化剂的应用场景拓展至车辆空气污染控制和室内空气质量改善等方面。
根据RMIT先进材料与工业化学中心负责人Suresh Bhargava教授，与催化技术相关的化学工业产值高达数万亿美元。第三代催化技术能够与3D打印技术相结合，创造出前所未见的复杂设计。科研人员设计的3D打印催化剂反应器代表了一类全新的催化方法，有可能彻底改变催化技术的未来。”
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3D打印开启曲径通幽的催化技术
根据3D科学谷的市场观察，3D打印用于催化领域，我国已获得研究领域的建树。在这方面，中国科学院兰州化学物理研究所王晓龙研究员团队与兰州大学周林成副教授团队合作，结合3D打印技术在复杂器件构筑及自由设计、制造与成型等领域的优势，开展了3D打印MOFs修饰的多孔陶瓷催化材料与器件研究，用于水体有机污染物催化降解。
MOFs原位生长策略制备3D打印多级多孔陶瓷示意图
借助3D打印在设计与制造方面的优势，研究人员设计构筑了不同结构的陶瓷骨架，对陶瓷催化材料的结构和催化性能进行了优化。同时，研究人员利用3D打印技术还很便捷地实现了多种类型的催化反应器件，如图3所示的3D打印催化过滤器和3D打印叶轮搅拌器。所得器件具有良好的有机染料催化降解效果且可重复使用，表明3D打印MOFs修饰多孔催化材料与器件在实际废水处理方面具有较好的应用潜力以及工程化意义。
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