优化勃姆石向γ-Al2O3相变及双相微结构增强3D打印支架催化性能的研究

研究人员通过直接墨水书写（DIW）技术，优化勃姆石（AlOOH）向γ-Al2O3的相变及γ-/δ-Al2O3双相微结构的烧结工艺，制备出具有可控孔隙率和几何结构的3D打印陶瓷支架。该支架在乙醇脱水反应中表现出95%的转化率，显著优于传统方法，为高效催化剂设计提供了新思路。

　　

在工业催化领域，氧化铝（Al₂O₃）因其高比表面积和热稳定性被广泛应用，但传统制备方法难以实现孔隙与结构的精准调控。勃姆石（AlOOH）作为前驱体，通过热转化可形成具有催化活性的γ-Al₂O₃，但如何通过相变调控提升催化效率仍是挑战。G. Cruz等人在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，通过直接墨水书写（DIW）技术结合烧结优化，成功制备了具有γ-/δ-Al₂O₃双相结构的3D打印支架，显著提升了乙醇脱水反应的催化性能。

研究采用商业勃姆石粉末（Versal-250）为原料，通过冷等静压（CIP）和DIW技术制备样品。利用X射线衍射（XRD）分析相变过程，热重分析（TGA）评估陶瓷墨水热分解行为，扫描电镜（SEM）表征微观结构，并通过乙醇脱水实验测试催化活性。

相变分析与微结构调控

XRD结果显示，450°C烧结可实现AlOOH完全转化为γ-Al₂O₃，而600°C时形成γ-/δ-Al₂O₃双相结构（80% γ相和20% δ相）。SEM显示双相结构孔隙率（15.65%）低于纯γ相（19.95%），但硬度更高，表明δ相增强了材料机械性能。

陶瓷墨水优化与3D打印

TGA表明Pluronic F-127?凝胶剂在350°C完全分解。通过调整陶瓷含量（20-35 wt%），发现32.5 wt%的墨水在600°C烧结后密度最佳，且支架收缩率稳定在10-12%，保留了设计几何形状。

催化性能突破

双相结构支架在乙醇脱水反应中表现优异：300°C时转化率超90%，而纯γ相支架仅10%。研究者认为δ相引入了更多酸性位点，提升了反应效率。对比文献中α-Al₂O₃催化剂需550°C才能达到95%转化率，本研究将反应温度降低了250°C，显著节能。

该研究通过相变调控与3D打印技术结合，实现了催化剂结构与活性的双重优化。双相微结构的设计为开发低温高效催化剂提供了新范式，而DIW技术则为复杂结构催化剂的定制化生产开辟了道路。未来可进一步探索其他过渡相（如θ-Al₂O₃）的催化潜力，或通过掺杂改性提升选择性。