単一原子触媒を3Dプリントするための一般的な戦略

単一原子触媒を3Dプリントするための一般的な戦略
出典: サイエンスネット

2023年1月3日、南極熊は、オーストラリアのアデレード大学の喬世章教授のチームが「3Dプリントされた単一原子触媒への一般的なアプローチ」と題する研究結果をNature Synthesis誌に発表したことを知りました。この成果は、新しいタイプの天然ポリマーを前駆体として開発することで、3Dプリンティング戦略と単原子材料の組み合わせを実現しました。この合成戦略は、単原子材料の合成において優れた汎用性を示しています。この論文の責任著者はアデレード大学のQiao Shizhang教授です。

単原子触媒 (SAC) は、固体マトリックス上に固定された孤立した金属原子であり、高い原子経済性と調整可能な配位環境の利点を備えています。現在、化学的手法に基づく単一原子の一般的な合成戦略は、高価な前駆体や複雑な支持基板に大きく依存しており、単一原子の大規模生産の全体的なコストが大幅に増加しています。化学合成に加えて、機械的摩耗、熱衝撃、またはレーザー照射に基づく一般的な合成戦略では、多くの場合、特別な装置が必要になります。したがって、大規模に単一原子触媒を合成するためのシンプルで経済的な一般的な合成戦略を開発することは、依然として大きな課題です。

3D 印刷技術。付加製造技術とも呼ばれます。 3D プリンティング技術は対象材料を直接組み立てることができるため、前述の合成ステップにおける複雑な湿式化学プロセスを回避できます。一方、3Dプリント技術がさまざまな分野で広く応用され、安価な3Dプリンターや3Dプリントインク材料が大量に登場し、大規模生産のコストが大幅に削減されました。最後に、3D プリント技術は、ミクロンからメートルまでの複数のスケールで材料を効率的かつ自動的に構築することもできるため、特定の材料の工業生産の機会が生まれます。

オーストラリアのアデレード大学のQiao Shizhang教授のチームは、新しい普遍的な単原子合成戦略を開発した。この合成戦略では、日常生活でよく見られる天然ポリマーゼラチンを合成前駆体として使用し、3D プリント戦略と単一原子材料の組み合わせを創造的に実現します。
図 1: 代表的なサンプルの 3D プリント合成と特性評価。 図 2: 元素と原子の負荷の観点から見たこの合成戦略の多様性。
この合成戦略は汎用性に優れており、合成方法を変更することでさまざまな単原子材料の合成が可能になります。印刷インクの配合を変更することで、単原子材料内の元素と原子負荷を調整できます。シンクロトロンX線吸収分光法と高解像度球面収差電子顕微鏡を使用した特性評価により、元素と濃度の調整が結果として得られる材料内の原子の分散に影響を与えないことが実証されました。

図 3: 調整環境とさまざまな印刷モードにわたるこの合成戦略の汎用性。
特性評価の結果、前駆体中の遷移金属前駆体が変更されたり、異なる天然ポリマーが基板材料として使用されたりしても、結果として得られる材料は依然として単一原子材料であることが証明されました。同時に、前駆体を変更し、後処理方法を使用することで、結果として得られる単原子材料の配位環境を制御できます。最後に、特性評価の結果、異なる 3D 印刷パラメータを使用しても、最終材料内の原子の分散には影響がないことが実証されました。

図 4: 3D プリントされた単原子触媒電極の性能検証。
最後に、著者らは硝酸塩還元反応を利用して、得られた電極の電気触媒性能を検証した。単一原子を含まない炭素ベースの電極と比較して、鉄の単一原子を搭載した電極はより高い電気触媒性能を示し、3Dプリントプロセスが単一原子触媒の電気化学的特性に影響を与えないことを証明しました。同時に、試験後の特性評価結果により、得られた材料中の原子の分散は試験後も保持されており、良好な安定性を有していることが証明されました。

この研究では、単一原子材料の新しい合成戦略を報告します。3D 印刷戦略と単一原子材料の組み合わせにより、単一原子材料の連続生産能力とマルチスケールのスケーラビリティが実現します。この合成戦略は、単一原子材料の大規模または連続生産の潜在的なルートを提供し、単一原子材料のその後の大規模な工業生産と応用の潜在的な機会をもたらします。

この研究は、中国科学院物理研究所、ニュージーランドのオタゴ大学、大連医科大学第一付属病院、鄭州大学第一付属病院、オーストラリアシンクロトロン放射センターなど、多くの組織から援助と支援を受けました。

関連論文情報: https://doi.org/10.1038/s44160-022-00193-3


触媒、単原子、ゼラチン、ポリマー

<<:  積層造形の典型的な応用シナリオ2: 衛星の主要部品の統合製造

>>:  シミュレーションを使用してレーザー粉末床溶融結合の課題を克服する方法3つの制作例を読めばわかります!

推薦する

声明:Yijia 3Dは独立した会社となり、Shining 3Dの子会社ではなくなりました。

はじめに:今年に入ってから、世界の3Dプリンティング業界は事業分割、合併・買収、統合上場が相次いで起...

リコーの事業調整:3Dプリンティングが重要な戦略方向となる

この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-2-3 10:44 に最後に編集さ...

送り速度は毎分500メートルにも達します! ILTとポンティコンが超高速レーザー堆積3Dプリントの進歩に向けて提携

はじめに:2021年10月28日、Antarctic Bearは、フラウンホーファーレーザー技術研究...

ジャック・マー:中国は伝統的な製造業からデジタル製造業へと変革している

アリババのジャック・マー会長は香港で開催された「一帯一路:香港発」フォーラムで、中国には今後、市場化...

呂炳衡院士が西安に国立付加製造研究所株式会社を設立

国立付加製造研究所は7月29日に西安ハイテク区に設立されました。 1か月後の8月29日、西安ハイテク...

ジョンソン・エンド・ジョンソン、アスペクト社と3Dプリント半月板で提携

アンタークティック・ベアは2017年1月9日、3Dプリントの分野に長く参入している有名企業ジョンソン...

3D プリントとは何ですか?話をしないで、車に乗りなさい!

3Dプリント技術が誕生して現在まで急速に発展し、すでに何年も経ちましたが、3Dプリント技術をまだ十...

3Dプリント技術は電気自動車充電ステーションの建設を加速させる可能性がある

ここ数年、新しい技術や製品の導入により、電気自動車(EV)の使用が増加しています。現在、充電ステーシ...

EBM電子ビーム溶解:高エネルギー電子ビームの仕組み

この投稿は Little Raccoon によって 2017-4-26 17:34 に最後に編集され...

西創科技:10年かけて河南省に中国のデジタル医療ハイエンド製造研究開発センターを建設

出典:河南モバイルテレビ局「鄭創会」シリーズ報道西創科技:10年かけて河南省に中国のデジタル医療ハイ...

BMWは3年後、ポリマーの大規模3Dプリントの自動化生産ラインの構築に成功した。

この投稿は Coco Bear によって 2023-11-5 20:08 に最後に編集されました20...

整形外科医王震氏の3Dプリント技術に関する見解

会議イベントで、Antarctic Bear は臨床整形外科医の Wang Zhen 氏から 3D ...

Zortraxは一部のモデルで無料のスピードアップグレードを提供しており、速度が3倍に向上します。

2023年5月12日、Antarctic Bearは、ポーランドの3DプリンターメーカーZortr...

Massivit 3Dは9月1日から3日まで2022年深圳国際複合産業技術展に参加します

Massivit 3Dは、9月1日から3日まで深センで開催される2022年深セン国際複合材料産業技...

3Dプリント複合材料:世界市場規模は10年後には5億ドルを超える

3D プリンティングはデジタル製造の最も純粋な形態として、市場規模と開発速度が毎年飛躍的に拡大して...