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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(wěn)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(nèi)的能源危機和環(huán)境污染.電化學能源轉(zhuǎn)換技術由于具有清潔、高效、原料來源廣泛及可再生等優(yōu)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(chǎn)物選擇性,在電化學能源轉(zhuǎn)換技術中起著至關重要的作用.目前, Pt是多數(shù)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(guī)模工業(yè)化應用中受到限制.為了提高Pt催化劑的利用率和穩(wěn)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(zhì)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(chǎn)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(huán)境中的脫落和聚集.盡管如此,利用傳統(tǒng)的方法仍然很難精確調(diào)控電催化劑的組成、尺寸和納米結(jié)構(gòu),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(zhì)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(diào)控、構(gòu)筑各類納米結(jié)構(gòu).本文總結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)等不同形貌Pt催化劑等.介紹并探討了利用ALD構(gòu)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(wěn)定性的策略.文章還介紹了如何通過調(diào)
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