学术分享丨DIW墨水直写3D打印制备镍催化剂在CO₂甲烷化反应中的应用研究

近日，宁夏大学罗发亮团队在《Fuel》发表了相关研究，探讨DIW墨水直写3D打印技术制备镍（Ni）催化剂提升CO₂甲烷化反应催化性能的应用。

研究背景

CO₂甲烷化反应（CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O）是重要化学反应，可将温室气体CO₂转化为甲烷（CH₄），助力缓解温室气体排放，为能源存储与利用提供潜在途径。镍（Ni）基催化剂因成本低、催化活性与稳定性良好，在CO₂甲烷化反应中应用广泛。但其性能与稳定性受活性表面积、粒子大小、分散性等因素制约。

近年来，3D打印技术（DIW墨水直写 3D打印）为催化剂设计与制备提供新方向，可精确控制催化剂形貌、结构与组成，优化催化性能。

研究目的

基于DIW墨水直写3D打印技术设计与制造镍（Ni）催化剂，评估其在CO₂甲烷化反应中的催化性能，借助3D打印技术优势改善催化剂结构与活性，提高CO₂转化率与甲烷产率。

研究方法及数据

图1 结构顶视图和剖面图（1-1斜网格、垂直网格、1-3位错网格、1-1旋转斜网格）

图2 不同Ni浓度催化剂的N₂吸附-脱附等温线（a）和孔径分布（b）

图3 20%Ni/SiOC催化剂的扫描电镜图

核心结论

• 最佳反应温度为325℃，甲烷选择性达100%，28%Ni/SiOC催化剂转化率最高（92.18%）。
• 反应压力提升至2.0 MPa时，20%Ni/SiOC催化剂在300℃转化率达96.48%。
• 加入配体可降低反应温度，300℃时20%Ni/SiOC-AM转化率（91.25%）比同温度下20%Ni/SiOC催化剂高5%。
• 更大纤维间距利于质量传递，提升催化效率。
• 未来可优化活性金属负载至3D打印结构表面的实验方法，减少废物产生。