3D打印技术发展概况

3D打印技术凭借快速成型特点引发广泛研究，近年迅速完善。当前主流技术分为四类：光聚合、基底式、层压式及挤压式。其中挤压式3D打印因操作简便被广泛采用——通过针头挤出流体化材料，按预设程序沉积构建三维结构，需配合三维运动平台及高固相含量墨水实现精准成型。

挤压式3D打印在电解水领域的应用优势

该技术可快速制备材料并直接构筑三维宏观/微观结构，但对墨水流体性质有明确要求。石墨烯凭借优异亲水性、分散性及可调流变学特性，成为理想3D打印墨水。经3D打印成型的石墨烯材料机械性能显著提升，已广泛应用于摩擦发电机、电容器、燃料电池等能源领域。

3D打印石墨烯材料的研究进展

• 2019年突破：Jiang课题组通过3D打印实现碳基材料成型，材料展现优异电学与力学性能。
• 2020年优化：采用3D打印多级多孔石墨烯电极负载NiFeP并掺入碳纳米管，进一步提升电极机械强度。通过精准调控电极层数（厚度）与微观结构，增加催化剂负载量，有效提升电极整体性能，凸显3D打印在结构设计中的独特优势。

氢能与电解水技术挑战

氢能作为高能量密度、绿色无污染的新型能源备受关注。电解水作为简单高效的制氢工艺虽已应用，但反应过电位过高导致能量损耗大，限制其推广。因此，开发低成本、低能耗、高稳定性的催化电极材料成为关键。目前贵金属虽催化性能优异，但存在储量低、价格昂贵的问题；而过渡金属因成本低、储量丰富、抗腐蚀性强，被视为极具潜力的电催化替代材料。

传统三维电极的局限性

相较于二维平面电极，传统三维块体电极可负载更多过渡金属催化剂以提升催化性能。然而，当催化剂负载量过高时，受传质限制影响，电极性能无法随活性位点数量增加而线性提升，成为制约其应用的重要瓶颈。

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