原子层沉积构建高性能催化剂的研究进展
2021-08-21高亚徐丹王树元朱地
化工进展 2021年8期
高亚,徐丹,王树元,朱地
(齐鲁工业大学(山东省科学院)能源研究所,山东济南 250014)
随着现代工业的快速发展,催化剂在能源高效转化及环境保护领域发挥着越来越重要的作用。催化剂的性能与其结构、组成、尺寸等因素密切相关,从理论上设计催化剂结构,并在原子尺度上对催化剂组成进行精准调控,可进一步提高催化效率及深入认识其反应机理。目前,催化剂合成方法主要有浸渍法、沉积沉淀法及离子交换法等。传统制备方法由于缺乏精确控制能力,易导致催化剂颗粒尺寸和组成不均一,且难以调控催化剂活性、稳定性和产物选择性之间的关系。另外,传统方法制备过程复杂,步骤繁多,需要额外步骤去除多余的溶液或试剂[1]。
原子层沉积(ALD)是一种薄膜或纳米颗粒生长技术,利用其自限制生长特性(图1),可在多种基底材料上实现原子级别调控颗粒微观结构组成[2]。近年来,ALD技术在催化剂制备领域的应用得到了迅速发展,并取得了显著成果[3]。ALD技术可将Pt、Pd等贵金属以及Fe、Co、Ni等非贵金属沉积到石墨烯、氧化物和多孔材料等载体上进而获得高性能催化剂[4-5]。此外,ALD技术可在催化剂表面沉积Al2O3、TiO2、ZnO等金属氧化物薄膜来提高催化剂的稳定性和选择性,以及设计、调控核壳结构材料的组成[6-8]。本文对ALD技术制备不同种类催化剂方面的研究进展进行了总结,对ALD技术调控金属颗粒尺寸、选择性调控催化活性相表界面结构、精确设计核壳结构及多孔材料限域催化进行了详细的阐述(图2),并展望了ALD技术在催化剂开发领域面临的机遇和挑战。……
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