维度网讯，Aidimme（金属加工、家具、木材、包装及相关行业技术研究所）通过SUR-FA项目开发并验证了一套整体方法，用于制造具有受控结构、多层次表面以及适应实际条件的电催化行为的多孔电极。该项目验证了从设计到电催化剂制造的方法论，涵盖几何形状、3D制造技术、材料、表面改性及反应器制造，构成一个每个阶段直接影响电极性能及其对预期应用适应性的过程。
该研究将电极视为一个功能系统，内部几何形状、材料性质和表面化学相互依赖作用，而非传统上将这些元素分开处理。结构不再仅响应构造标准，而是成为影响质量传递、离子传输、电子传导和电流分布等物理参数的活性元素。增材制造在此过程中能够直接创建定制结构，生成周期性多孔结构，对质量传递、电流分布和离子电阻产生决定性影响。这些高精度基体随后进行表面改性，获得高度有序的分层结构并掺杂催化剂，用于能源和环境领域的电催化表面。
开发从多孔电极的结构设计开始，引入孔尺寸、通道连通性、结构类型、曲折度和表面积体积比等参数。研究考虑了两类结构：点阵结构和TPMS结构（三重周期最小曲面）。点阵结构基于杆和节点周期性网络，具有高机械刚度，但节点引入几何不连续性，增加曲折度；TPMS结构代表平均曲率为零的连续几何形状，通过Flexa结构应用于项目，消除不连续性，促进互连通道，减少液压损失。从20多种初始配置中选出四种代表性结构：Flexa、Octet Truss、Diamond 20和Dode-medium。
实验方法分为互联阶段：先是定义晶胞和设计参数，随后多尺度建模。中试阶段采用Multi Jet Fusion技术的聚酰胺增材制造验证结构连续性；随后采用电子束粉末床熔融技术用钛和铜制造选定结构。表面改性方面，应用清洁和调理处理，再通过电化学、化学和热过程生成可控纳米结构（纳米管、纳米孔、纳米片）。在钛基底上使用阳极氧化获得二氧化钛结构，在铜基底上获得铜氧化物纳米片或纳米线。
从物理角度分析，Octet Truss结构表现出高机械刚度和高曲折度，增加停留时间但限制离子传输；Flexa结构均衡，流动湍流小、压降小、连通性高；Diamond 20提供高孔隙率下的结构稳定性；Dode-medium最大化电解液传输。项目开发了从小型表征到集成100 x 100 mm电极的反应器，优化电解液流动和电流分布。
实验验证在制氢、甘油氧化、硝酸盐还原等应用中进行。在制氢和甘油氧化中采用Dode-medium结构电极，表面微纳米结构促进中间物种吸附。结果显示，设计的3D结构、改性及镍掺杂的协同作用，在光电催化过程中将阴极氢气产量提高10倍，阳极甘油氧化电流密度提高15倍。在硝酸盐电还原为铵过程中，对于高硝酸盐负荷的实际盐水，实现了100%硝酸盐去除率，铵选择性超过60%。
目前由Aidimme推动、得到Ivace+i和欧盟FEDER基金支持的ECO-RECEL项目，正通过化学-电化学途径将阿勒颇松纤维素转化为高附加值产品，验证SUR-FA中研究的四种配置。初步结果表明电极设计是重要因素，特别是在流动反应器中。SUR-FA项目建立了一套完整的高效多孔电极设计与验证方法，证明设计必须与最终过程和应用相关联，为能源和环境领域先进技术的应用开辟了新可能。
