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原子層沉積方法在設計制備高效電催化劑中的應用
關鍵詞：原子層沉積 電催化 鉑 催化劑穩定性
摘要：人類對不可再生化石能源的依賴導致了全球范圍內的能源危機和環境污染.電化學能源轉換技術由于具有清潔、高效、原料來源廣泛及可再生等優點而受到廣泛關注.電催化劑能加快反應動力學,提高目標產物選擇性,在電化學能源轉換技術中起著至關重要的作用.目前, Pt是多數重要的電化學反應(如電解水、氧還原以及一些小分子醇類和酸類的氧化反應)中使用最多和最有效的催化劑之一.然而Pt催化劑面臨著價格昂貴、易中毒、易流失等問題,使其在大規模工業化應用中受到限制.為了提高Pt催化劑的利用率和穩定性,研究人員進行了大量工作.例如,制備尺寸小的Pt納米顆粒,增加單位質量Pt表面積和Pt利用率;在Pt催化劑中加入Ru或Pd等其它金屬,促進醇類和酸類氧化反應中間產物的氧化,減緩Pt中毒;選用抗腐蝕性能好的載體,增加Pt與載體間相互作用,從而抑制Pt顆粒在高電位、高濕度、高酸堿度電化學工作環境中的脫落和聚集.盡管如此,利用傳統的方法仍然很難精確調控電催化劑的組成、尺寸和納米結構,無法最大程度提高貴金屬Pt的利用效率.原子層沉積(ALD)技術可在原子尺度控制物質生長,既能在多孔、復雜基體上沉積尺度均一的納米薄膜或顆粒,也能精確調控、構筑各類納米結構.本文總結了近年來利用ALD技術制備高性能電催化劑的代表性研究進展.文章首先介紹了ALD反應機理、載體表面官能團對ALD生長的促進作用以及ALD制備方法對催化劑金屬-載體相互作用的影響等基本原理和知識.總結了利用ALD技術制備高活性Pt催化劑的各種方法,包括制備超細納米顆粒,納米線、納米薄膜、納米管,納米3D結構等不同形貌Pt催化劑等.介紹并探討了利用ALD構筑納米陷阱、包覆超薄多孔碳膜/氧化物膜、選擇性修飾載體等提高Pt催化劑穩定性的策略.文章還介紹了如何通過調
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