说明：本文华算科技系统介绍了原子级界面催化的ALD策略，从原子层沉积原理到界面吸附/脱附、电子结构、保护与协同四大调控机制，读者可一站式掌握如何在原子尺度精准设计催化界面，洞悉提升活性、选择性与稳定性的核心要诀，为开发高性能催化剂提供实战指南。

开发高性能催化剂是解决全球气候变化严峻形势的有效方法。催化剂界面的性质对于决定催化剂的性能至关重要。原子层沉积（该特性主要源于两方面原因：（1），可构建多组分异质催化剂；（2），形成高保形性、高均匀性的薄膜，且薄膜厚度可在原子层面精准控制。

原子层沉积（。由于每个沉积循环中自限生长的独特特性，与传统的化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）相比，无论其具有高长径比、高表面积还是高孔隙率，衬底都表现出较高的均匀性和三维表面一致性。

图1. （a,b）不同循环次数的高倍TEM图像。原子层沉积技术原理

是一种涉及连续自限性化学反应的气相沉积方法。。

23ALD33H₂O在每个原子层沉积（）周期中，，具体如下：

步骤：在前驱体暴露阶段，前驱体分子被吸附到表面活性位点上，从而触发反应产物的形成。

步骤2AlOH* + Al(CH₃)₃ → AlOAl(CH₃)₂* + CH₄

步骤3：利用惰性吹扫气体将表面上未反应的共反应物及气态副产物清除，从而完成该半反应，可表示为：

Al₂O₃ ALD通过重复沉积循环，可逐层增加覆盖层厚度。如图所示，通过改变ALD持续时间及生长循环次数，即可实现对表面涂层的精确调控，进而对催化剂进行改性。

2.（1）三甲基铝进入反应室，与基底发生反应；

（3）水进入反应室，与基底上已吸附的物质反应，生成氧化铝；

DOI: 10.1039/D3QM00760J

ALD通过交替进行的自终止反应，可通过原子/，从而实现对薄膜厚度或颗粒尺寸的ALDALD来提升催化剂性能。

对于异相催化界面对反应物种、中间产物及产物的吸附脱附能会直接影响催化动力学进程。基于，技术可在催化剂界面构建原子级物质，通过界面优化调控催化剂对反应物、反应中间产物的吸附/脱附行为。如图3所示，研究人员合成了Cu修饰二氧化铈（CeO₂）负载的铂亚纳米团簇，该催化剂在一氧化碳氧化测试中表现出优异性能。

。经ALD处理后，Cu修饰CeO₂负载的催化剂形成了亚纳米级Pt团簇；通过这种方式，研究人员实现了界面的分子级控制，并发现CO分子吸附作用减弱。

3.界面电子结构调控

–通常，界面在电催化活性中发挥关键作用：电催化剂界面连接两种组分，为组分间的电子传输提供通道。界面工程是提升催化活性的有效途径，其中构建异质结传统方法构建异质结时，界面处不同晶格特性的晶体组分直接接触，易产生严重晶格失配，进而引发界面位错，影响异相界面生长。而依赖饱和自限性生长特性，所制备材料能与基底形成强化学键，可突破晶格匹配的严格限制如图所示，研究人员通过ALD在NiMoO₄表面沉积一层薄Co₃O₄（约50nm），制备出NiMoO₄@Co₃O₄核壳结构。HRTEM表征显示，Co₃O₄涂层未改变水合NiMoO₄的晶体结构。当引入Co₃O₄后，电荷转移电阻降低超过95%；且低电荷转移电阻表明，Co₃O₄有助于提升导电性，进而使复合材料展现出高析氧反应（OER）催化活性。

4.DOI: 10.1002/aenm.202101324

在异相催化反应中，多数情况下催化机会在反应过程中发生破坏或结构重构，进而影响催化稳定性。因此，在不降低催化效率的前提下，对活性催化剂表面进行钝化处理以防止腐蚀，成为该领域的关键研究方向。

由于涂层厚度可通过循环次数精准调控，能够实现对催化剂的保形涂覆如图所示，研究人员通过ALD技术在负载型Pt纳米颗粒表面沉积氧化铈（CeOₓ）涂层图包覆Pt纳米颗粒示意图。协同催化机制构建

技术通过构建过渡金属基氧化物，可同时实现界面吸附/脱附能调控、界面电子结构调控及界面保护协同效应工程的核心是利用多活性组分的相互作用，优化催化反应动力学与活性位点特性。

6。经过20次ALD循环后，表面形成Fe₂O₃层。在甲烷干重整反应中，该催化剂连续运行400小时，甲烷转化活性仍保持稳定，表现出优异的耐久性。

图（c）Ni–Fe合金的DFT计算示意图。