利用原子层沉积法实现可控组份、大小的纳米催化颗粒生长

原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)是一种利用自限制表面反应，将物质以单原子膜形式一层层地镀在基底表面的气相合成法。因具有亚纳米级的高度可控性，而被广泛应用于纳米薄膜制备。但是，传统的原子层沉积在镀层与基底面二维方向上可控性差，限制了其在三维、非薄膜纳米结构制备方面的应用。本课题拟以区域选择性原子层沉积技术作为科研的突破口，通过基底表面的区域选择性钝化、原子层沉积工艺过程的优化、以及改变原子层沉积引入的前驱体顺序和循环次数，来实现原子尺度组份、大小可控的合金纳米颗粒的生长。由于合金纳米颗粒的组分和尺寸对其催化活性有重要影响，用区域选择性原子层沉积制备合金纳米颗粒的方法将为催化剂理性设计提供思路和帮助，也开拓了提高催化剂效率的新途径。

本项目通过原子层沉积实现贵金属纳米催化剂颗粒的可控制备，具体包括：系统研究和优化了贵金属Pt、Pd及其合金的原子层沉积工艺条件，发展了基于表面钝化改性的选择性原子层方法，对比了不同种类表面改性钝化层对选择性原子层沉积的影响，获得了满足表面钝化剂热稳定性的Pt、Pd的优化生长条件。结合选择性原子层沉积的优化工艺，获得了尺寸分布、密度可控的贵金属催化纳米颗粒制备方法；在单组份贵金属催化纳米颗粒基础上，进一步发展了选择性原子层沉积方法制备铂钯（Pt@Pd，Pd@Pt）核壳结构纳米颗粒；通过对原子层沉积循环次数和前驱体的通入顺序等工艺达到了对于核壳结构纳米颗粒的尺寸、组分比例、壳层厚度的纳米级精确可控制备；系统研究核壳结构纳米颗粒组分、壳层厚度等性质对于一氧化碳加氢氧化的性能，实验发现制备的核壳结构纳米颗粒在选择性大幅提高的同时也增强了反应活性,并且整体催化活性与核壳结构纳米颗粒的壳层厚度有密切关系。在完成项目预定计划的同时，拓展了运用原子层沉积方法制备纳米级厚度的活性氧化物层，通过活性包覆层的优化实现贵金属纳米颗粒的热稳定性和催化活性的同时提升。基于此项目，取得了一系列有特色的创新性成果。该项目的制备方法和科研成果将为催化剂理性设计提供思路和帮助，也开拓了提高催化剂效率的新途径。