近日，界面材料研究領域權威期刊ACS Applied Materials & Interfaces在線發表了武漢工程大學郭嘉教授課題組在3D打印復合材料應用于光催化領域的研究論文。 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法籍教師Yoann de Rancourt de Mimérand博士。



Wuhan Engineering University

3D打印復合材料制備過程簡圖。來源：武漢工程大學



功能化的復合物 

該論文旨在探索分形幾何在材料科學領域的具體應用潛力。

利用3D打印技術制造的聚合物分形結構，通過等離子體接枝技術，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。 研究團隊探究了分形金字塔和分形錐體兩種分形單元，對分形金字塔進行了大量的表征，多種復雜的上層結構通過分解單元得到進一步研究，并基于上述理論模型，利用計算機輔助設計(CAD)對三維結構進行了設計。 

研究團隊在CAD模型的基礎上，采用熔融沉積技術以聚乳酸為耗材“打印”具有分形結構的多孔聚合物基質，采用核殼合成和等離子體接枝相結合的方法，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介質的接觸面積，從而提高光催化產氫的產量。

根據武漢工程大學，該研究的創新點及其科學意義包括： -利用氧化鋅光催化活性產氫氣； -設計并3D“打印”具有分形結構的聚合物基質，增加光催化反應面積； -首次結合核殼技術、等離子體接枝技術以及3D打印技術獲得了功能化的復合物。從幾何、尺寸和微觀結構對光催化劑進行了改進，從而提高產氫氣的效率。