多相催化剂的活性、选择性和稳定性在很大程度上取决于其结构，涉及到颗粒大小、组成和形貌等特征。实现对这些结构的原子级精确控制是理解结构−活性关系和实现高活性选择性催化的关键。然而，传统的催化剂合成方法，包括浸渍、离子交换和沉淀，往往缺乏精确的控制，产生不均匀的活性中心结构，导致在许多情况下催化性能不佳。原子层沉积(ALD)作为一种气相合成的替代方法，近年来引起了人们的极大关注。其独特的交替自限分子表面反应特性使得ALD可以在高比表面积的粉末衬底上沉积催化材料，不仅均匀性好，而且精度高。重要的是，在选择性沉积的帮助下，似乎有可能自下而上地在粉末衬底表面逐个原子地构建催化纳米结构，类似于乐高积木。
基于此，中科大路军岭教授综述了课题组在ALD乐高催化剂的最新进展。
文章要点
1）通过调整成核位点的类型和沉积温度来避免金属原子的聚集，通过将原子分别锚定在衬底上来合成单原子催化剂（SACs）。作者总结了选择性沉积金属原子制备亚纳米团簇催化剂的原子控制合成。此外，通过在基质金属纳米颗粒上选择性地沉积额外的金属原子来合成双金属纳米颗粒催化剂，其中金属纳米颗粒的尺寸、组成和结构可以通过改变金属ALD循环的次数和顺序来进行精确地调节。此外，通过在金属催化剂上应用氧化物ALD对金属纳米颗粒进行氧化物修饰，在金属纳米颗粒的表面可以精确地从原子分散的物种到氧化物团簇，再到连续的氧化物覆盖层。这种使用ALD的受控氧化物修饰可以优化金属/氧化物界面，并平衡金属纳米颗粒的稳定性和可获得性之间的权衡，以获得高催化性能。
2）在某些情况下，研究人员发现ALD氧化物构筑块可能优先在金属纳米颗粒的低配位或高配位处成核，以调节催化剂的选择性。总之，上述乐高催化剂体现了ALD在催化剂合成方面的进展，极大地促进了人们在原子水平上理解一系列催化反应中的结构-活性关系。
3）作者最指出ALD乐高催化剂家族的快速发展有望在不久的将来给工业应用带来巨大机遇。
参考文献
Junling Lu, Atomic Lego Catalysts Synthesized by Atomic Layer Deposition, Acc. Mater. Res., 2022
DOI: 10.1021/accountsmr.1c00250
https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00250
