Apr. 10, 2024
等離子體是不同于固體、液體和氣體的物質(zhì)第四態(tài)。在等離子體中,通過(guò)電離所產(chǎn)生的離子、電子、自由基和激發(fā)活性物質(zhì),都是以高能態(tài)的形式存在,因這種氣體的正電荷總量與負(fù)電荷總量在數(shù)值上相等,故稱為等離子體。
等離子體作為制備和改性材料的重要技術(shù)手段,得到了廣泛的電化學(xué)應(yīng)用。在等離子體中,主要以高能態(tài)形式存在的大量活性粒子如離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子和分子及自由基等,可以有效地合成或修飾催化劑。傳統(tǒng)的化學(xué)表面改性方法主要通過(guò)酸性溶液或表面活性劑進(jìn)行預(yù)處理,這些方法復(fù)雜、耗時(shí)、污染且難以控制處理效果,甚至?xí)茐慕Y(jié)構(gòu)的完整性。此外,傳統(tǒng)的合成方法也具有一定的復(fù)雜耗時(shí)等缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)的化學(xué)表面改性技術(shù)和合成技術(shù)相比,低溫等離子體改性技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)低溫等離子體具有高能粒子,能激發(fā)、解離和電離材料表面的分子,有效地改變基體表面的化學(xué)結(jié)構(gòu);(2)反應(yīng)體系接近室溫,可以使具有較高活化能的化學(xué)反應(yīng)在相對(duì)溫和的條件下發(fā)生;(3)低溫等離子體改性安全環(huán)保,并避免使用一些有毒和危險(xiǎn)的化學(xué)品。同時(shí),它消除了干燥、廢水處理或其他附加過(guò)程,并且沒有固體/氣體廢物的產(chǎn)生;(4)低溫等離子體處理的載體表面性能明顯改善,對(duì)材料的物理結(jié)構(gòu)沒有破壞性影響;(5)適用范圍廣、作用時(shí)間短、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此低溫等離子體被廣泛應(yīng)用于催化劑的表面改性和合成。
低溫等離子體被應(yīng)用于催化劑的表面改性如等離子表面刻蝕、等離子體摻雜和等離子官能團(tuán)化等。等離子體的氣氛對(duì)材料的表面改性具有非常大的影響,常用的等離子氣氛包括氬氣(Ar)、氮?dú)猓∟2)、氧氣(O2)、氫氣(H2)、氨氣(NH3)、空氣以及一些混合氣氛。Ar等離子體的主要作用是刻蝕和剝離,從而產(chǎn)生更多的缺陷,增加活性位點(diǎn),此外還擁有一定的N、O摻雜能力;N2等離子體的主要作用是N摻雜且具有一定的刻蝕能力,實(shí)現(xiàn)N摻雜和富缺陷材料的制備;O2等離子體主要是起氧化和刻蝕的作用;H2等離子體具有刻蝕和還原的作用;NH3等離子體具有N摻雜、刻蝕和還原的作用。對(duì)于混合氣氛來(lái)說(shuō),例如:Ar/O2、Ar/H2和Ar/NH3等等,其兼具兩種氣氛所擁有的特性。
近年來(lái),等離子體處理制備催化劑的方法引起了越來(lái)越多的關(guān)注,在催化劑材料的合成和改性中得到了廣泛的應(yīng)用。低溫等離子體具有高能量粒子,能激發(fā)、解離和電離材料表面的分子,有效地改變載體表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)。另一方面,反應(yīng)體系接近室溫,可以使具有較高活化能的化學(xué)反應(yīng)在相對(duì)溫和的條件下發(fā)生。與傳統(tǒng)的表面改性方法相比,低溫等離子體改性是一個(gè)干燥的過(guò)程,可以達(dá)到傳統(tǒng)化學(xué)方法難以達(dá)到的處理效果,該工藝還具有適用范圍廣、作用時(shí)間短、成本低等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的制備方法不同,在催化劑合成過(guò)程中,等離子體能夠起到雜原子摻雜、官能團(tuán)化、表面蝕刻和氧化還原等作用,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)富缺陷、小粒徑、高分散的催化劑的制備。
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等離子技術(shù)
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