交替微波法制備納米碳化鎢及其電催化劑性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)具有理論能量密度大、能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料危險(xiǎn)性低與電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特性，在汽車(chē)動(dòng)力和便攜式電源領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。目前DMFC實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展所面臨的主要障礙之一是，催化劑氧化過(guò)電位太大，活化極化嚴(yán)重，陽(yáng)極動(dòng)力學(xué)緩慢和催化劑中毒。因此，尋求一種兼?zhèn)涓叽呋钚院头€(wěn)定性的廉價(jià)催化催成為了DMFC研究的熱點(diǎn)之一。
　　 本論文主要研究納米碳化鎢(WC)的制備和WC在電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境下的穩(wěn)定性，以及Pt-WC

2、/C催化劑在酸性溶液中對(duì)甲醇的催化性能。前期實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)利用液相鎢源和表面活性劑，優(yōu)化一系列高溫合成條件后，制備了各種小粒徑WC。盡管部分所制備的WC材料粒徑小于10 nm，但這種傳統(tǒng)合成法始終無(wú)法完全擺脫WC粒徑過(guò)大、均勻性不佳、產(chǎn)物純凈度低、生產(chǎn)能耗大、合成周期長(zhǎng)或制備不清潔等缺點(diǎn)。交替微波法(IMH)是在微波法基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型制備方法。它通過(guò)精確控制微波脈沖，實(shí)現(xiàn)“瞬熱～急冷”的特殊合成模式。其中，“瞬熱”確保WC合成反應(yīng)的發(fā)

3、生，“急冷”則在WC晶核出現(xiàn)后防止晶體的持續(xù)長(zhǎng)大。因此，IMH可實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、高效、批量地制備納米材料。
　　 實(shí)驗(yàn)中首先研究了鎢-碳反應(yīng)物在微波加熱下的熱行為，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)可控微波程序設(shè)定反應(yīng)的上下限溫度及溫差范圍，精確控制WC的合成反應(yīng)，避免WC晶粒在合成過(guò)程中的過(guò)度長(zhǎng)大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。IMH所制備的碳化鎢平均粒徑為21 nm，與傳統(tǒng)微波法相比減小約5 nm，與高溫合成法相比則減小10 nm以上，而且兼?zhèn)渚鶆蛐院?、純?/p>

4、高、制備過(guò)程清潔和容易批量化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，該方法的成功有望推進(jìn)WC基增強(qiáng)型電催化劑的普及化。
　　 同時(shí)，本論文利用了電化學(xué)石英微天平(EQCM)研究了WC的抗化學(xué)腐蝕能力，證實(shí)在酸、堿條件下WC都較C具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性。通過(guò)循環(huán)充放電測(cè)試定性研究了WC的電化學(xué)穩(wěn)定性。結(jié)果表明，WC在0.9 V(v.s.RHE)以下具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性，而且在各個(gè)氧化電位掃描范圍內(nèi)，與碳粉相比，WC均表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。利用循環(huán)伏安法(CV)