挥发性有机化合物（VOCs）大多由工业生产和人类活动排放而产生，被认为是空气污染的主要原因，会对人体健康造成很大的伤害。因此，迫切需要采用高效的处理技术来消除VOCs，而过渡金属氧化物负载型催化剂因其优异的低温催化活性和储量丰富等优点受到了人们的广泛关注。同时，随着3D打印技术的快速发展，可通过构建数字化模型文件来实现材料的成型，不仅可以快速实现传统方法无法实现的复杂结构，而且大大节省了实验操作的时间成本。

本文以Co纳米粒子为活性组分，苯为VOCs的代表性探针分子，利用介孔SiO₂和硅酸盐超薄纳米片材料比表面积大、稳定性强、吸附能力好以及酸性位点丰富等优点设计出了一种新型Co₃O₄/SiO₂整体式催化剂，再结合3D打印技术，在控制催化剂微观形貌的基础上，对宏观大孔结构进行不断调控，实现了催化剂在低温下对苯优异的催化氧化活性、热稳定性以及抗水性。

实验总共分六个阶段进行:(1)设计适合反应器加载的3D打印有序微孔模型;(2)通过不同打印粘结剂配制的打印油墨进行性能测试，选出合适的粘结剂进行催化剂的制备；(3)在不同载体表面上通过水热反应生长出层次化的Co基硅酸盐超薄纳米片;(4)将第(3)阶段中制备的新型整体式Co₃O₄/SiO₂催化剂前驱体进一步煅烧，得到具有超薄纳米片结构的新型整体式Co₃O₄/SiO₂催化剂;(5)通过XRD、XPS、Raman、TEM等表征手段分析了上述催化剂的物理化学性能；（6）通过固定床评价催化剂性能，系统分析催化剂性能与催化剂结构之间的关系。

Co₃O₄/SiO₂整体式催化剂的制备流程图

工业催化课题组隶属于中科院兰州化学物理研究所精细石油化工中间体国家工程研究中心，团队自成立以来始终坚持以国家和行业需求为导向，聚焦环境催化领域相关瓶颈技术、共性技术及关键科学问题，开展环保和化工功能材料的研发工作，积极推动环保催化剂科技成果转移转化和产业化，在环境污染物治理和废弃物资源化利用方面有雄厚的技术积累。团队经过多年的建设和发展，稳定吸引和培养了一批人才，现有人员27人，其中：固定人员7人，硕博士研究生20人，形成了一支以青年技术人员为主，结构梯度合理，多学科交叉融合的环境催化材料研发和应用全链条科研队伍；课题组网站链接http://www.licp.cas.cn/gychz/。

Xi Y, Dong F, Xu X, et al. A novel 3D printed technology to construct a monolithic ultrathin nanosheets Co₃O₄/SiO₂ catalyst for benzene catalytic combustion. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5631-0.

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