选择性原子层沉积方法定向稳定Pt颗粒不稳定位点

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2018-01-31 20:01:14 作者: 所属分类:科研亮点 阅读:55

具有高分散性和优异催化活性的铂纳米颗粒催化剂在汽车尾气处理,合成气重整反应,燃料电池电极材料等方面具有重要作用。随着纳米颗粒尺寸的减小,颗粒总体表面积变大,性能会提高,但是颗粒的表面能会急剧增大从而导致稳定性降低,特别是在高温的工作环境中,Pt颗粒容易发生团聚烧结现象,导致粒径增大,表面积减小从而导致活性的降低。已有文献的研究表明,小颗粒的Pt团聚烧结过程主要遵循奥斯瓦尔德熟化(Ostwald Ripening, OR)机理,在这一过程中,Pt颗粒表面的Pt原子在氧气氛围下容易气化为PtO2,PtO2在大颗粒表面重新分解使得颗粒粒径增大,整体表现为小颗粒Pt消失,颗粒整体粒径急剧增大。而在这一过程中,Pt表面的低配位点(边、角处)原子是最不稳定的。

华中科技大学陈蓉教授和单斌教授近期提出了一种全新的原子层沉积(ALD)生长模式:选择性包覆Pt颗粒的低配位点,直接稳定Pt颗粒的不稳定原子同时保留大部分的活性位点外露。NiOx在Pt颗粒上生长顺序的实验结果表明,在NiOx生长初期,NiOx主要沉积在Pt颗粒的低配位点。前期的NiOx生长导致Pt颗粒低配位点的红外吸附峰强度大幅度下降。理论计算的结果表明这一选择性生长主要是由于NiOx前驱体Ni(Cp)2在Pt不同位点的吸附能差异造成的。这一选择性钝化结构在增强Pt催化活性的同时,大大提高了Pt纳米颗粒的稳定性。在750℃高温煅烧后Pt颗粒的粒径和催化活性仍保持稳定。该部分研究工作发表在ACS Applied Nano Materials上。