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據(jù)統(tǒng)計(jì)，95% 的商業(yè)化學(xué)品在其制造過(guò)程的某個(gè)階段需要使??種或多種催化劑。多相催化劑對(duì)于?油煉制、塑料制造、?品和?物燃料?產(chǎn)以及許多化學(xué)制造?藝?關(guān)重要。

盡管許多工業(yè)催化過(guò)程已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)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(huì)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(diǎn)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(lái)極其困難。因此，催化劑成分和結(jié)構(gòu)的調(diào)控對(duì)提升催化劑性能有積極意義。

原子層沉積技術(shù)（ALD ）提供了?個(gè)創(chuàng)造表?活性催化劑位點(diǎn)的?式，能夠創(chuàng)造出傳統(tǒng)合成?法?法實(shí)現(xiàn)的?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。

PART 01

關(guān)于 ALD 以及 PALD 技術(shù) 

原子層沉積（ALD）是一種氣相催化劑合成技術(shù)，其原理基于兩種前驅(qū)體蒸汽交替進(jìn)樣并在限制載體表面上發(fā)生分子層面上的“自”反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)材料在載體表面上的精準(zhǔn)沉積。利用其分子層面上的“自”反應(yīng)特性，并通過(guò)改變沉積周期數(shù)、層次和種類等方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑活性位結(jié)構(gòu)的原子級(jí)精細(xì)控制，為人們提供了一種催化劑“自下而上”精細(xì)可控合成型的新策略。

ALD 工藝示意圖

利用原子層沉積方法在粉末表面構(gòu)筑涂層的方式被稱為 —— 粉末 / 顆粒原子層沉積（PALD）。使用該法可以制備金屬單質(zhì)，金屬氧化物，氮化物，硫化物，磷酸鹽，多元化合物以及有機(jī)聚合物等涂層。Forge  Nano 經(jīng)過(guò)多年研發(fā)，已開發(fā)出成熟的商業(yè)化 PALD 工藝。

針對(duì)粉末材料較大的比表面積，傳統(tǒng)的原子層沉積方法效率低，處理量少且包覆不均勻。采用流化床或旋轉(zhuǎn)床的方式可以實(shí)現(xiàn) ALD 工藝過(guò)程中的粉末分散，保證前驅(qū)體的有效利用，獲得均勻保形的涂層。

PALD 能解決傳統(tǒng)平面 ALD 造成的包覆不均勻缺陷

PART 02

PALD 技術(shù)提升催化劑性能

ALD 涂層的作?是多??的，???可以提?催化劑的選擇性和使?壽命，從?提?催化劑的性能。另???可有效減少?屬催化劑的析出或燒結(jié)，從?避免反應(yīng)的?表?積和性能的下降。

ALD 對(duì)催化劑的增益效果：

1 減少?屬納?顆粒析出

2 更?的催化活性

3 降低熱分解

4 減少活性組分燒結(jié)

5 鈍化包覆，催化劑壽命 100% 增加

6 更強(qiáng)的反應(yīng)選擇性

當(dāng)然，ALD 在先進(jìn)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：

1 制備??表?積載體負(fù)載活性催化劑

2 ALD 襯底涂層可以提?催化劑的選擇性和壽命

3 ALD 涂層限制熱降解，提?選擇性

在工業(yè)催化劑中 ALD 的三種工藝

PALD 的幾個(gè)常見應(yīng)用場(chǎng)景：全包覆鈍化，活性組分，催化劑殼層

1、 ALD 表?活性位點(diǎn)構(gòu)筑 

PALD 已被?于在超??表?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?表?能允許其在基底上形成?的“島嶼”顆粒，實(shí)現(xiàn)了活性材料?分散，同時(shí)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?縱橫?的孔隙，實(shí)現(xiàn)均勻沉積。此外，PALD 可以制造“核殼”結(jié)構(gòu)催化劑。 

ALD 技術(shù)使 Pt 顆粒在基底上分散開來(lái)

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? ALD 在活性催化劑內(nèi)側(cè)構(gòu)筑界?層也有助于更?的使?壽命和熱穩(wěn)定性。在不影響孔隙??和形態(tài)的情況下在基底表?沉積薄膜，可以改變表?酸/堿特性，并防?活性催化劑溶解到基底材料中。?個(gè)案例便是，與未包覆的?氧化硅或氧化鋁的催化劑相?，ALD 內(nèi)部涂層?撐的沉積提?了丙烷氧化脫氫的催化活性、壽命和選擇性。

3、ALD 防護(hù)涂層 

ALD 可以有效地將均勻的薄膜沉積在催化劑上，同時(shí)還可以提?催化性能。在?溫反應(yīng)條件下，沉積Al2O3、TiO2、NbOx、NiO、ZrO2 或 Co3O4 等薄膜可以保護(hù)催化劑的完整性，同時(shí)抑制?屬粒?的降解、燒結(jié)和析出。?如，氧化鋁 ALD 涂層保留并增強(qiáng)了 Pd 納?顆粒的催化活性，同時(shí)在 500℃ 條件下依然能有效防?其燒結(jié)。

通過(guò) PALD 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)催化劑粉末材料表?的涂層或活性位點(diǎn)制備。?論是在化?品催化或典型的制氫 / 燃料 電池中，納?級(jí)催化劑存在燒結(jié)或者浸出的問(wèn)題。使? ALD 技術(shù)可以在典型的如 Pd / Al2O3 催化劑表?構(gòu)筑涂層，可避免催化劑的燒結(jié)與浸出，從?使實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的芳烴氫化反應(yīng)。

關(guān)于 Forge Nano

Forge Nano 是全球唯一可提供從原子層沉積粉末包覆（PALD）研發(fā)到工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)“端到端”服務(wù)的美國(guó)公司，致力于為全球各大電池材料生產(chǎn)商提供最先進(jìn)的粉末包覆技術(shù)設(shè)備服務(wù)。自成立以來(lái)，包括：大眾汽車，LG 化學(xué)，三井金屬，SBI 集團(tuán)等先后投資，已成為該領(lǐng)域的獨(dú)角獸企業(yè)。