近日，中国科学院兰州化学物理研究所在《Journal of the European Ceramic Society》发表了题为《One-pot preparation of 3D-printed Co-loaded silica ceramic catalysts》的研究，探索通过直接墨水书写 (DIW) 一锅法制备 Co 负载二氧化硅陶瓷基催化剂。3D打印催化剂具有高效、节能、设计灵活等优点，研究团队使用磷酸二氢铝 (AP) 作为无机粘合剂和羟丙基甲基纤维素 (HPMC) 作为有机粘合剂，制备了具有不同网格尺寸和 Co 负载量 (1-3 wt%) 的二氧化硅陶瓷基催化剂。

《Journal of the European Ceramic Society》, Volume 45, Issue 6, June 2025, 117225
One-pot preparation of 3D-printed Co-loaded silica ceramic catalysts
Shengcai Wu a b, Pengwei Li a b, Xiaotong Zhang a b, Rongjie Wang a , Xin Jia a Yuxiong Guo bc , Xiaolong Wang bc

研究内容

本研究针对3D打印陶瓷催化剂制备方法繁琐以及催化活性物质在载体上分布不均匀的问题，采用“一锅法”合成了3D打印硅陶瓷基催化剂。由于贵金属催化剂价格昂贵，研究团队选择钴作为催化活性物质。为了实现这一过程，他们将磷酸二氢铝（AP）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）与不同量的四水醋酸钴混合以制备相应的墨水，然后将其用于直接墨水书写（DIW）以制造硅陶瓷基催化剂。

以下是文章的研究方法及数据：

图1，载钴二氧化硅陶瓷催化剂制备过程示意图

图2，(a)和(b)分别为1 wt% Co-AP-C和1 wt% Co-HPMC-C油墨的剪切速率与粘度的关系。 (c)和(d)分别为1 wt% Co-AP-C和1 wt% Co-HPMC-C油墨的剪切应力与模量的关系

图3，(a)–(c) 1 wt% Co样品的SEM图像，网格尺寸分别为1.4、1.8和2.2毫米。(d)和(e)分别为1 wt% Co-HPMC-C和1 wt% Co-AP-C的背散射电子显微照片

图4，(a)–(e) 2 wt% Co-AP-C 的能量色散 X 射线光谱 (EDS) 图。(f) 2 wt% Co-AP-C 的元素含量

图5，(a)和(c)–(e)2 wt% Co-HPMC-C的EDS图。(b)2 wt% Co-HPMC-C的元素含量

图6，(a) 1 wt% Co-AP-C 和 (b) 1 wt% Co-HPMC-C 的Co 2 p轨道峰

图7，紫外可见曲线表明4-NP在（a）1 wt％Co-AP-C和（b）-（d）HPMC-C（其中Co含量分别为1至3 wt％）下的催化转化情况

图8，(a) 使用 2 wt% Co-HPMC-C 在不同网格尺寸下对 4-NP 的转化率。(b) 使用不同粘合剂的 3D 打印陶瓷基催化剂对 4-NP 的转化率。(c) 使用 1-3 wt% Co-HPMC-C 对 4-NP 的转化率。(d) 2 wt% Co-HPMC-C 催化的 4-NP 转化的循环稳定性