3D打印技術發展概況

3D打印技術憑借快速成型特點引發廣泛研究，近年迅速完善。當前主流技術分為四類：光聚合、基底式、層壓式及擠壓式。其中擠壓式3D打印因操作簡便被廣泛采用——通過針頭擠出流體化材料，按預設程序沉積構建三維結構，需配合三維運動平臺及高固相含量墨水實現精準成型。

擠壓式3D打印在電解水領域的應用優勢

該技術可快速制備材料并直接構筑三維宏觀/微觀結構，但對墨水流體性質有明確要求。石墨烯憑借優異親水性、分散性及可調流變學特性，成為理想3D打印墨水。經3D打印成型的石墨烯材料機械性能顯著提升，已廣泛應用于摩擦發電機、電容器、燃料電池等能源領域。

3D打印石墨烯材料的研究進展

• 2019年突破：Jiang課題組通過3D打印實現碳基材料成型，材料展現優異電學與力學性能。
• 2020年優化：采用3D打印多級多孔石墨烯電極負載NiFeP并摻入碳納米管，進一步提升電極機械強度。通過精準調控電極層數（厚度）與微觀結構，增加催化劑負載量，有效提升電極整體性能，凸顯3D打印在結構設計中的獨特優勢。

氫能與電解水技術挑戰

氫能作為高能量密度、綠色無污染的新型能源備受關注。電解水作為簡單高效的制氫工藝雖已應用，但反應過電位過高導致能量損耗大，限制其推廣。因此，開發低成本、低能耗、高穩定性的催化電極材料成為關鍵。目前貴金屬雖催化性能優異，但存在儲量低、價格昂貴的問題；而過渡金屬因成本低、儲量豐富、抗腐蝕性強，被視為極具潛力的電催化替代材料。

傳統三維電極的局限性

相較于二維平面電極，傳統三維塊體電極可負載更多過渡金屬催化劑以提升催化性能。然而，當催化劑負載量過高時，受傳質限制影響，電極性能無法隨活性位點數量增加而線性提升，成為制約其應用的重要瓶頸。

上一篇：3D打印多孔電極非貴金屬催化新路徑探索
下一篇：氫經濟背景下催化材料穩定性關鍵解析