利用原子层沉积实现纳米催化颗粒生长研究进展

随着纳米尺度材料制备技术的不断发展，原子层沉积技术（atomic layer deposition, ALD）逐渐成为纳米薄膜沉积领域的一项重要先进技术。基于原子层沉积交替的自限制半反应特性，薄膜厚度可获得亚纳米级的可控生长，在大规模集成电路、新能源研发、柔性光电子研究等方面拥有非常广阔的应用前景。然而在原子层沉积的亚纳米级可控制备特性应用于纳米催化剂颗粒的合成方面，国际上的研究仍然处于起步和探索阶段。

机械学院陈蓉教授课题组致力于将先进的原子层沉积技术应用于传统的催化剂领域，可控制备金属氧化物复合催化剂体系，并成功取得多项阶段性成果。在贵金属催化剂合成方面，通过优化和控制金属前驱体脉冲获得了催化剂颗粒亚纳米级的可控制备、以及组分精确可控的合金催化剂颗粒。     

图1 纳米催化剂粒径控制

通过界面的精确调控，所研究的复合氧化物体系能够起到部分替代贵金属材料、降低贵金属用量并且获得优良的汽车尾气净化性能。针对目前催化剂使用寿命的研究方面，通过对催化剂颗粒包覆一层可控厚度的纳米氧化层后，能够在保持催化剂活性相当的同时、大大提高催化剂的抗老化能力，防止纳米颗粒在高温工作环境下产生团聚而导致活性降低。

图2 （a）复合氧化物催化剂性能曲线（b）催化剂抗老化性能比较

相关研究成果已经发表在PCCP，JPCC等杂志上。目前，在粉体催化剂表面包覆和复合氧化物催化剂方面有三项发明专利正在申请中。上述研究工作得到了973国家重大科学研究计划纳米研究（2013CB934800），国家自然科学基金（51101064）等支持。(供稿：陈蓉)