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与ALD的工程催化剂

Scott Jenkins |

Atomic-layer deposition (ALD), a surface engineering technique that applies layers of coatings in a conformal way at single-atom thicknesses, is being investigated for its potential to improve the selectivity and durability of industrial catalysts under a U.S. Dept. of Energy grant awarded earlier this year to Forge Nano Inc. (Thornton, Colo.;www.forgenano.com)。赠款将推进Forge Nano的低成本ALD技术用于商业催化剂材料的表面工程,为一系列的食品生产,石油精炼和石化制造。

ALD的工作原理是将基底材料暴露在气体“前体”分子的交替脉冲中,这些分子以自我限制的方式与表面反应(图)。ALD可以与元素周期表中的其他物质一起使用。在一个典型的ALD例子中,带有羟基的表面用气态三甲基铝(TMA;第一个前身)。当表面羟基完全被TMA消耗时,反应停止。在第二步,水(第二前体)被脉冲取代甲基,留下一层铝和再生表面的羟基,以进行另一轮的层合,如果需要的话。这样,单原子厚的涂层可以一次涂一层。“反应的自我限制特性允许对涂层的形成进行精确控制,”Forge纳米应用工程师Staci Moulton解释说。

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基于科罗拉多州大学的研究(www.colorado.edu),该公司开发了一系列技术,允许大规模的ALD在各种应用领域和生产量中使用。在这些技术中,是一种用于基于ALD的颗粒涂层的流化床反应器,其中前体气体通过固体基底材料床向上移动,以及用于高批量生产的连续振动反应器,其中固体基质通过含有前体气体的固定容器。

授权将ALD的使用推进到外涂层催化剂材料。Forge Nano也在开发ALD的用途将活性催化剂材料(以纳米颗粒“岛”)上沉积到高表面积载体材料上,并在活性催化剂下面产生ALD底涂层以延长催化剂寿命和稳定性而不会影响孔径和形状。

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