ALD在催化劑方面的應(yīng)用

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催化劑是一種有效改變反應(yīng)物反應(yīng)速率而不改變化學(xué)平衡，且本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒(méi)有發(fā)生改變的物質(zhì)。因其能加速或減緩反應(yīng)，及高度選擇性等特點(diǎn)，在化工、生化、能源、環(huán)保等領(lǐng)域得廣泛應(yīng)用。然而，由于催化劑尺寸、位置、組成及微環(huán)境難以控制，導(dǎo)致制備條件較為苛刻，且在實(shí)際使用過(guò)程中，催化劑因長(zhǎng)期受熱、過(guò)酸、過(guò)堿、化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生一些不可逆的物理、化學(xué)變化，最終導(dǎo)致失活，嚴(yán)重限制了催化劑的推廣應(yīng)用。為此，有必要進(jìn)一步研發(fā)高效、穩(wěn)定型催化劑，而原子級(jí)精確合成是設(shè)計(jì)先進(jìn)高性能催化劑的關(guān)鍵。

ALD技術(shù)很容易地控制納米顆粒的大小、孔隙結(jié)構(gòu)、含量和分散，有效設(shè)計(jì)出核殼結(jié)構(gòu)、氧化物/金屬倒載結(jié)構(gòu)、氧化物限域結(jié)構(gòu)、具有多金屬管套結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)，且獨(dú)特的自限制特性可實(shí)現(xiàn)催化材料在高比表面材料上的均勻和可控沉積，實(shí)現(xiàn)一步步和“自底向上”的方式在原子層面上構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的異質(zhì)催化劑材料而得到廣泛研究。利用ALD技術(shù)具有飽和自限制的表面反應(yīng)特性，有效抑制金屬有機(jī)化合物、配體的空間位置效應(yīng)，天然的將金屬中心原子互相隔離開(kāi)，抑制金屬原子聚集，合成單原子催化劑。利用ALD技術(shù)有效調(diào)控金屬與載體間的相互作用的特性，可獲得單金屬催化劑，如Ru、Pt、Pd等貴金屬。利用ALD技術(shù)能調(diào)控兩種金屬元素生長(zhǎng)順序、循環(huán)周期數(shù)的特性來(lái)精準(zhǔn)得到雙金屬納米催化劑，合成原子級(jí)精準(zhǔn)的超細(xì)金屬團(tuán)簇，如PtPd、PtRu、PdRu等雙金屬納米顆粒。利用ALD技術(shù)制備金屬氧化物，不僅可以制備性能更加優(yōu)良的多相催化劑，而且可以對(duì)負(fù)載型催化劑進(jìn)行改性，達(dá)到修飾、保護(hù)催化劑的目的。另外，研究表明金屬氧化物包覆在金屬納米顆粒上時(shí)，會(huì)形成新的金屬-氧化物界面，可進(jìn)一步改變金屬納米顆粒的電子性能和形貌，進(jìn)一步提升催化劑催化性能，且物理包覆層還可以提高納米顆粒的穩(wěn)定性，在惡劣的反應(yīng)條件下防止金屬組分的燒結(jié)和浸出。除金屬單質(zhì)、金屬氧化物外，ALD技術(shù)制備得到的過(guò)度金屬硫化物由于特殊的能帶結(jié)構(gòu)、電學(xué)及光學(xué)特性，可作為貴金屬的替代品，在催化領(lǐng)域具有較大的發(fā)展前景。