增材制造（AM），通常被稱為3D打印，在開發具有先進和新穎特性的材料方面發揮了重要作用。AM允許用戶通過逐層堆積的方式構建3D物體，幾乎不產生任何浪費。這與傳統的減材制造方法形成對比，后者通過去除材料（如蝕刻、切割、研磨等）來創建物體。AM能夠處理的材料種類不斷增加，使其在各個科學和技術領域中的應用范圍不斷擴大。AM最具變革性的優勢之一在于它能夠制造出傳統方法無法實現的復雜結構。這種制造以前不可能結構的的能力使得AM材料具備了突破現有極限的特性。在能源和環境相關領域，AM正在重塑材料與設備的設計、優化和部署方式。本期特刊《用于能源和環境的增材制造》展示了AM在儲能/轉換、節能、可持續性和安全性方面取得的最新研究成果。

隨著全球能源需求的持續增長，高效生產和儲存能源的挑戰仍然至關重要。AM為重新思考能源材料和設備的設計提供了新的機遇，克服了在質量傳遞和熱傳遞方面長期存在的障礙。正如本期特刊中的研究所示，Heinrich等人（10.1021/acsaenm.5c00728）探討了使用AM制造的聚丙烯和不銹鋼來控制水電解過程中的氣泡形成和氧氣析出。AM所實現的先進幾何結構被用來調整局部流動特性，并結合表面功能化處理來改變氣泡覆蓋情況。分析表明，由于AM結構的影響，氣泡覆蓋率可顯著變化（最高可達500%）。Clemens等人（10.1021/acsaenm.4c00561）研究了多種有序晶格電極，以確定減少連續流動電化學反應器（如流動電池）中熱點或流體通道化的設計策略。傳統的多孔電極（如碳氈）存在孔結構不均勻的問題，導致電流和反應物分布不均，并且無法有效平衡這些效率低下與液壓效率低下的問題。利用AM，作者在受控條件下測試了多種電極屬性和條件（如表面積、孔隙率、導電性、流速等）。通過對不同晶格結構（如八面體桁架、簡單立方體等）的電流分布和流體傳輸進行模擬和實驗驗證，確定了哪些幾何結構能實現最佳效率。除了電化學系統外，AM還在熱塑性塑料（10.1021/acsaenm.5c00240）、可調液晶彈性體（10.1021/acsaenm.5c00176）、熱電發電機（10.1021/acsaenm.5c00288）、自供電執行器（10.1021/acsaenm.5c00347）、耐更高激光能量的光學可控光閥（10.1021/acsaenm.4c00664）、功能梯度泡沫（10.1021/acsaenm.4c00764）以及由環境熱能驅動的可重構天線（10.1021/acsaenm.4c00488）等領域推動了創新。在所有這些應用中，AM都是提高能源效率和降低成本的關鍵驅動力。

本期特刊中的幾篇文章展示了AM在儲能方面的優勢。Cross等人（10.1021/acsaenm.4c00717）研究了不同電極設計對鋰離子電池能量密度的影響。他們的結果表明，AM設計在高活性材料負載下優于傳統平面結構，因為它們能夠更均勻地利用電極并促進更高效的電荷傳輸。許多AM碳電極的一個主要挑戰是在熱解過程中控制收縮和變形。Griffin等人（10.1021/acsaenm.5c00297）提出了一種選擇性激光燒結聚乙烯（PE）的方法，可以制造出在熱解過程中收縮和變形較小的3D碳電極。PE前體的低成本使其成為電極制造的理想選擇。Ferguson等人（10.1021/acsaenm.4c00716）報告了提高超級電容器AM電流收集器導電性的方法。除了電極外，研究人員還在使用AM制造其他電池組件。Ma等人（10.1021/acsaenm.4c00438）利用AM制造了具有不同孔徑和形態的鋰離子電池隔膜。這些AM隔膜比標準隔膜材料表現更好，展示了將3D設計引入儲能設備的另一種方法。

盡管與傳統減材制造方法相比，AM本質上更加環保（因為產生的廢物更少），但仍有許多機會可以通過提高能源效率、實現循環利用、提高原料的可回收性以及減少對人類和環境的危害來進一步改善AM工藝的可持續性。Ferreira等人（10.1021/acsaenm.5c00233）開發了一種基于回收聚乳酸的高導電性可打印絲材，為需要導電性的應用提供了環保的AM原料。同樣，Yost等人（10.1021/acsaenm.5c00405）報告了一種從回收和原始聚丙烯中生產AM兼容絲材的方法。此外，Oluwagbemiga等人（10.1021/acsaenm.5c0045510.1021/acsaenm.5c00287）和Bazzal等人（10.1021/acsaenm.4c00796）開發了AM兼容的能源材料，這些材料可以在無需人工處理和復雜加工的情況下生產復雜的爆炸物和火箭燃料。

總體而言，本期特刊中的研究展示了AM在能源和環境應用中的巨大潛力。貢獻者的廣泛專業知識反映了AM在研究、開發和商業化方面所具備的巨大潛力，這些方面將改變全球能源和環境挑戰的解決方式。我們衷心希望，這期特刊不僅能夠突出這些領域的最新進展，還能激發讀者探索如何將AM整合到更廣泛的材料和技術中，以開辟新的見解并克服當前的技術限制。