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近几十年来,随着对新型材料的需求越来越大,作为合成纳米材料的一项新兴技术,原子层沉积技术(Atomic layer deposition,ALD)越来越受大家的关注。相对于气相沉积(CVD),ALD的自饱和特性使得其可以在高比表面积载体上进行非常均匀的沉积。现在已经被人们越来越多的应用到纳米电子器件、二维材料的生长以及电池材料当中。不仅如此,ALD技术可以在高比表面积的载体上进行原子级精确制备负载型催化剂,同时操作简单,所以ALD技术已经成为催化材料可控制备的新方法,与传统湿化学方法互为补充。本项目利用ALD的技术优势——原子级精确可控,探索了原子级精准合成以Pt、Pd为代表单原子、双原子催化剂及Ag-Pd双金属催化剂,并研究了其催化性能。具体如下:在第一章介绍ALD以及相关催化剂体系和反应体系的背景之后,本文的第二章通过精确调控石墨烯表面上的氧物种类型和数量,利用ALD方法在精确修饰过的石墨烯载体上成功制备了 Pd单原子催化剂。通过HAADF-STEM,XAFS等表征手段充分的证明了 Pd是以单原子的形式分散在石墨烯表面。在1,3-丁二烯加氢反应中,Pd1/graphene单原子催化剂表现出了优越的催化性能:(1)在～50℃,实现1,3-丁二烯的转化率几乎为100%的同时,仍然可以保持单烯烃100%选择性;更难能可贵的是最理想产物1-丁烯的选择性高达70%,是目前文献报道中最高的。(2)在该反应中,Pd1/graphene单原子催化剂表现出了极佳的稳定性,在长达100小时的测量过程中,未出现任何催化剂失活的现象,有效抑制了加氢反应中的积炭难题。(3)在富烯烃氛围下,Pd1/graphene单原子催化剂可以对烯烃的实现更有效地保护,仅仅对1,3-丁二烯选择性加氢,而避免对烯烃加氢,为工业应用奠定了基础。此后,通过和理论课题组合作,我们进一步发现1,3-丁二烯在Pd单原子上吸附模式的改变和增加的空间位阻效应是单烯烃,尤其是1-丁烯选择性显著提高的主要原因。超精细亚纳米金属小团簇(由几个原子构成)有着特殊的物理和化学特性,增加或减少一个原子往往会引起较大的电子特性的改变,进而表现出不同的化学特性。能够在高比表面积载体上合成原子个数可控的金属团簇催化剂,是研究人员人们长期追求的目标。在第三章中,我们在前期单原子合成的基础上,进一步通过调控ALD的反应条件,利用ALD原子级精确可控的技术优势,成功的在精准制备出了 Pt(Pd)单原子、Pt(Pd)双原子催化剂。通过HAADF-STEM,XAFS证实了 Pt(Pd)单原子、Pt(Pd)双原子是超高原子分散在石墨烯表面。我们以硼氨烷水解制氢为探针反应,我们发现我们制备的Pt双原子催化剂对于硼氨烷水解制氢有着非常优异催化活性,其TOF高达2800 molH2molPt-1 min-1,高出Pt单原子和Pt纳米颗粒近20倍,该活性是目前报道最高的;另外,该Pt双原子催化剂并且有着很好的反应稳定性,可多次重复利用而不会失活。关于Pt双原子催化剂活性表现出如此大的差别,我们后续的理论计算正在进行当中。这也为我们开辟了一个全新的方法在原子层面上去设计催化剂以及调控金属团簇的尺寸。第四章主要是利用ALD技术优势实现负载型Ag-Pd/SiO2双金属催化剂的精细制备。在这里,我们通过调节ALD生长条件,把Pd选择性沉积到Ag纳米颗粒上形成Ag-Pd双金属催化剂,而避免Pd在SiO2载体上成核,解决了双金属催化剂中单金属、双金属混杂共存的难题,并通过调节沉积的Pd ALD周期数目来调控在Ag-Pd双金属催化剂的结构和组分。通过ICP-AES、EDS-mapping证实了 Pd的选择性沉积。DRIFTS 一氧化碳吸附、XPS、UV-vis等相关表征进一步揭示了 Pd在Ag表面的生长状况以及双金属催化剂电子态随着Pd ALD周期的变化。在甲酸分解制氢反应中,我们发现催化剂的活性随Pd ALD的沉积周期呈火山型变化,10个周期时活性达到最高,与Pd/SiO2催化剂相比,活性提高了 12倍。这可能是由于Ag-Pd/SiO2双金属催化剂中Ag对表面Pd原子的电子效应和Pd原子自身的集团效应协同作用的结果。