原子层沉积(ALD)提高催化剂性能和使用寿命

据认为,95%的商业生产的化学产品在生产过程的某个阶段都涉及一种或多种催化剂。据估计,这对全球经济的影响每年约为15万亿美元。1

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对于塑料制造、石油精炼、食品和生物燃料生产以及众多其他核心化学制造过程来说,多相催化剂至关重要。活性材料的热降解或烧结导致催化剂性能下降,随着时间的推移失去活性,这是化工制造的巨大成本驱动因素。

催化剂失活导致产品产量下降,再生或更换废催化剂导致能源消耗增加,每年造成数十亿美元的收入损失。

对催化剂组成和结构的原子级控制将产生传统合成技术无法获得的高性能催化剂。ALD为表面工程活性催化剂提供了一个机会,以提供固有的稳定性、选择性和性能。5

原子层沉积已被证明是具有成本效益和提高催化剂性能的广泛应用。

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ALD涂层可提高催化剂的使用寿命和选择性,从而提供更好的性能。ALD涂层的稳定性降低了金属催化剂的浸出或烧结,从而降低了反应表面积和性能。

ALD对催化剂的好处如下:

  • 还原金属纳米颗粒浸出1
  • 整体催化活性更好2
  • 低活性位点烧结3.
  • 更少的热降解3.
  • 化学反应之间更好的选择性4
  • 由于失活减少,催化剂寿命提高100%以上4

有三种ALD技术在催化剂应用中经常使用:

1)活性催化剂在高比表面积载体上的ALD
2) ALD底涂层,提高使用寿命和催化剂选择性
3) ALD涂层增加选择性和限制热降解

原子层沉积(ALD)提高催化剂性能和使用寿命

图片来源:Forge Nano

催化剂活性退化

ALD已被发现有助于将催化剂材料如Rh, Fe, Ir, Pt, Pd, Ni和Ru沉积到超高比表面积基载体上。亚博网站下载的高表面能催化剂材料亚博网站下载使小“岛”形成的基础支持,并创造一个高分散的活性材料,同时保持超低负载,降低材料成本。

与湿法化学合成方法不同,ALD能够穿透催化剂载体中的超高纵横比孔隙,获得均匀的沉积。6ALD还可以控制近表面沉积,以生成蛋壳结构的催化剂。

底漆退化

利用ALD在活性催化剂下面生成一层界面层,也有助于保持热稳定性和延长使用寿命。ALD可用于改变表面酸碱度,并通过在高比表面积的基材上沉积薄膜来阻止活性催化剂溶解到基材中,而不会对形貌或孔径产生不利影响。5

ALD改性底物对丙烷氧化脱氢的催化活性、寿命和选择性均优于氧化铝底物或大块二氧化硅。7

大衣退化

“肾上腺脑白质退化症”也有助于在催化剂上沉积均匀的保护层,同时提高催化性能。沉积氧化膜,如ZrO2,艾尔。2O3., NbOx, TiO2NiO或Co3.O4在高温反应条件下保护催化剂的完整性,同时停止金属烧结、降解和浸出。1、4、5

在一个例子中,氧化铝ALD涂层增强并保存了Pd纳米颗粒的催化活性,而停止烧结至500℃yabo214oC。8

参考文献

  1. O 'Neill, Brandon J., et al. <原子层沉积的催化剂设计>。ACS催化,第5卷,第5期。3, 2015, pp. 1804-1825。, doi: 10.1021 / cs501862h。
  2. 谢卡尔,玛雅克,等,“al模型上金纳米颗粒的水气转移催化的尺寸和支持效应yabo2142O3.和TiO2《美国化学学会杂志》,第134卷,第2期。10, 2012, pp. 4700-4708。, doi: 10.1021 / ja210083d。
  3. “非均相催化水热法处理C5-C6糖。”《化学评论》,第116卷,第5期。19, 2016, pp. 12328-12368。, doi: 10.1021 / acs.chemrev.6b00311。
  4. 马歇尔,克里斯。“利用原子层沉积提高催化剂的选择性和寿命。”美国能源部先进制造办公室计划审查会议,阿贡国家实验室,2019年
  5. “通过原子层沉积的纳米工程多相催化剂”。《化学与生物分子工程年报》,第8卷,第2期。1, 2017,第41-62页。, doi: 10.1146 / annurev - chembioeng - 060816 - 101547。
  6. 原子层沉积:概述>。《化学评论》,第110卷,第5期。1, 2010, pp. 111-131。, doi: 10.1021 / cr900056b。
  7. Sereda, Grigoriy, et al. "原子层沉积支撑层厚度对氧化铝和钛负载钒上丙烷结构性能和氧化脱氢的影响"催化通讯,142卷,第2期。4, 2012, pp. 399-407。, doi: 10.1007 / s10562 - 012 - 0780 - x。
  8. 冯浩,等。“原子层沉积在钯纳米颗粒催化剂上的氧化铝涂层:增强的稳定性和反应性。”催化莱特

这些信息已经从Forge Nano提供的材料中获得,审查和改编。亚博网站下载

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引用

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  • 美国心理学协会

    建立纳米。(2021年2月17日)。利用原子层沉积(ALD)提高催化剂性能和使用寿命。AZoM。于2021年9月30日从//www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=19971检索。

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    建立纳米。“用原子层沉积(ALD)提高催化剂性能和使用寿命”。AZoM.2021年9月30日。< //www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=19971 >。

  • 芝加哥

    建立纳米。“用原子层沉积(ALD)提高催化剂性能和使用寿命”。AZoM。//www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=19971。(2021年9月30日生效)。

  • 哈佛大学

    建立纳米》2021。原子层沉积(ALD)提高催化剂性能和使用寿命.viewed September 30, //www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=19971。

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