高階氧化(Advanced oxidation processes, AOP)是工業界最常用的廢水處理技術之一，而開發高效、高穩定性的催化劑是當前AOP技術發展與應用的關鍵。近幾十年來，雖然各種奈米催化劑(如奈米零價鐵、Fe2O3、FeOCl)相繼被開發處理，但是這些奈米顆粒狀催化劑的迴圈使用次數極其有限（通常小於10次），分離困難，限制了其工業應用。與晶態催化劑相比，非晶合金催化劑通常表現出更高的活性和迴圈效能。但非晶合金催化劑形態因製備技術限制，通常侷限於條帶狀，其較小的比表面積不利於催化反應。

最近，華中科技大學非晶態材料研究實驗室柳林課題組透過在非晶合金中原位引入還原性Cu，並採用鐳射3D列印技術成功製備了三維分級多孔Fe基非晶合金/Cu複合催化劑（3DP MG/Cu），並系統研究了其降解廢水效能。所開發的新型3DP MG/Cu催化劑對羅丹明B染料表現出極高的催化降解活性，其約化反應速率常數比商用奈米零價鐵催化劑高出了近620倍。與此同時，3DP MG/Cu催化劑還表現出優異的迴圈穩定性，在迴圈使用100次後，其降解效率仍未顯著降低。研究發現：原位引入Cu相可以提高非晶合金催化劑表面的還原性，同時加快電子傳輸速率，使得3DP MG/Cu催化劑表面長期富集高活性的Fe(II)物種，從而導致高活性和優異的迴圈效能。此外，作者們還利用該技術進一步製備了大尺寸柵格狀非晶合金複合催化劑，驗證了其連續動態降解廢水效能。發現流動的廢水可以在短時間內快速降解，表明該催化劑具有良好的工業應用前景。

相關工作發表在ACS Applied Materials & Interface 13 (2021) 7227-7237上。該研究得到了國家自然科學基金重點專案與面上基金（51531003, 51771077）、湖北省重點研發計劃（2020BAB075）和湖北省傑青專案（2020CFA086）資助。文章第一作者是楊衝，通訊作者是張誠、柳林。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c20832?ref=pdf

圖1 3D列印非晶合金/Cu複合催化劑結構表徵

圖2 3D列印非晶合金/Cu複合材料催化降解染料廢水效能

圖3 3D列印非晶合金/Cu複合材料催化降解廢水機制

圖4 3D列印非晶合金/Cu複合材料不同迴圈次數後結構表徵及反應機制

圖5 3D列印非晶合金/Cu複合催化劑（網格狀）動態降解流動廢水效能及處理後水質的毒性評價