⾼通量粉末原⼦層沉積（PALD）技術(shù)在工業(yè)催化劑中的應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計，95% 的商業(yè)化學(xué)品在其制造過程的某個階段需要使⽤⼀種或多種催化劑。多相催化劑對于⽯油煉制、塑料制造、⻝品和⽣物燃料⽣產(chǎn)以及許多化學(xué)制造⼯藝⾄關(guān)重要。

盡管許多工業(yè)催化過程已經(jīng)取得了顯著的進展，但這些催化材料的活性中心結(jié)構(gòu)均質(zhì)性較差，可能會導(dǎo)致不同的反應(yīng)并產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)物。此外，活性位點的不均勻性也使得催化性能與特定催化結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來極其困難。因此，催化劑成分和結(jié)構(gòu)的調(diào)控對提升催化劑性能有積極意義。

原子層沉積技術(shù)（ALD ）提供了⼀個創(chuàng)造表⾯活性催化劑位點的⽅式，能夠創(chuàng)造出傳統(tǒng)合成⽅法⽆法實現(xiàn)的⾼性能催化劑。該技術(shù)已被證明具有成本效益，并可以顯著提升催化劑的性能。
 

關(guān)于 原子層沉積ALD 以及 粉末ALD 技術(shù) （一分鐘帶你了解原子層沉積ALD 以及 PALD 技術(shù)）
PALD 粉末原子層沉積技術(shù)提升催化劑性能
ALD 涂層的作⽤是多⽅⾯的，⼀⽅⾯可以提⾼催化劑的選擇性和使⽤壽命，從⽽提⾼催化劑的性能。另⼀⽅⾯可有效減少⾦屬催化劑的析出或燒結(jié)，從⽽避免反應(yīng)的⽐表⾯積和性能的下降。
ALD 對催化劑的增益效果：

• 減少⾦屬納⽶顆粒析出

• 更⾼的催化活性

• 降低熱分解

• 減少活性組分燒結(jié)

• 鈍化包覆，催化劑壽命 100% 增加

• 更強的反應(yīng)選擇性

當(dāng)然，ALD 在先進催化劑的制造中有很多應(yīng)用，但在工業(yè)催化劑的制造中有三種基礎(chǔ)的作用：

• 制備高比表面積載體負(fù)載活性催化劑

• ALD 襯底涂層可以提高催化劑的選擇性和壽命

• ALD 涂層限制熱降解，提⾼選擇性

1、 ALD 表⾯活性位點構(gòu)筑
PALD 已被⽤于在超⾼⽐表⾯積基底載體上沉積 Pd、Pt、Ni、Rh、Fe、Ir 和 Ru 等催化劑材料。催化劑材料的⾼表⾯能允許其在基底上形成⼩的“島嶼”顆粒，實現(xiàn)了活性材料⾼分散，同時保持超低負(fù)載以降低材料成本。與濕法化學(xué)合成技術(shù)不同，PALD 可覆蓋催化劑載體上超⾼縱橫⽐的孔隙，實現(xiàn)均勻沉積。此外，PALD 可以制造“核殼”結(jié)構(gòu)催化劑。 

原子層沉積ALD 技術(shù)使 Pt 顆粒在基底上分散開來
 

使用 Forge Nano 包覆后的催化劑（左），未包覆的催化劑（右）

2、ALD 構(gòu)筑襯底支撐涂層 
使⽤ ALD 在活性催化劑內(nèi)側(cè)構(gòu)筑界⾯層也有助于更⻓的使⽤壽命和熱穩(wěn)定性。在不影響孔隙⼤⼩和形態(tài)的情況下在基底表⾯沉積薄膜，可以改變表⾯酸/堿特性，并防⽌活性催化劑溶解到基底材料中。⼀個案例便是，與未包覆的⼆氧化硅或氧化鋁的催化劑相⽐，ALD 內(nèi)部涂層⽀撐的沉積提⾼了丙烷氧化脫氫的催化活性、壽命和選擇性。

3、ALD 防護涂層
ALD 可以有效地將均勻的薄膜沉積在催化劑上，同時還可以提⾼催化性能。在⾼溫反應(yīng)條件下，沉積AlO、TiO、NbO、NiO、ZrO 或 CoO 等薄膜可以保護催化劑的完整性，同時抑制⾦屬粒⼦的降解、燒結(jié)和析出。⽐如，氧化鋁 ALD 涂層保留并增強了 Pd 納⽶顆粒的催化活性，同時在 500℃ 條件下依然能有效防⽌其燒結(jié)。
 

通過 PALD 技術(shù)，可以實現(xiàn)催化劑粉末材料表⾯的涂層或活性位點制備。⽆論是在化⼯品催化或典型的制氫 / 燃料 電池中，納⽶級催化劑存在燒結(jié)或者浸出的問題。使⽤ ALD 技術(shù)可以在典型的如 Pd / AlO 催化劑表⾯構(gòu)筑涂層，可避免催化劑的燒結(jié)與浸出，從⽽使實現(xiàn)穩(wěn)定的芳烴氫化反應(yīng)。