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碳化钨(WC)和氧化钨(WO3)都具有多方面的功能特性,因而具有重要的应用潜力。WC由于其表面电子结构与铂类似,作为催化剂在许多化学反应中都表现出良好的催化活性;特别是作为燃料电池阴极氧还原催化剂展现了明显的催化活性和很强的抗 CO毒化能力,有可能替代贵金属成为一种廉价的燃料电池催化剂。WO3由于其独特的气敏性质、优良的场发射性质以及光催化活性,使得其在气体传感器、场发射器件和光催化剂等方面都有很好的应用潜力;同时WO3作为燃料电池阳极催化剂也显示了明显的催化活性,具有良好的应用前景。本文利用静电纺丝法制备了WC纳米纤维、WO3纳米纤维以及表面具有纳米片状结构的WO3纳米片纤维,并研究了其针对燃料电池催化剂应用的电催化活性。其中 WC纳米纤维对燃料电池阴极氧还原反应(ORR)表现出了良好的电催化活性;WO3纳米纤维以及 WO3纳米片纤维对酸性电解液中阳极氢氧化反应表现出了突出的电催化活性。本论文的主要研究工作如下: 以偏钨酸铵(AMT)为钨源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP, Mw=1300000)为粘结剂,利用电纺法制备了AMT/PVP前驱体纳米纤维。主要研究了电纺溶液中 AMT和PVP的浓度对前驱体纤维形貌的影响。建立了制备结构可控的AMT/PVP前驱体纳米纤维的电纺工艺。 通过对AMT/PVP前驱体纳米纤维的氧化处理制备了直径在80-300nm的WO3纳米纤维。测试了酸性溶液中WO3纳米纤维对氢氧化反应的电催化活性,研究了WO3纳米纤维的直径和成分对其氢氧化电催化活性的影响。通过加入炭黑改善导电性的方法提高了WO3纳米纤维的电化学活性,研究了电化学活性对炭黑加入量与WO3纤维之间比例的依赖关系,并获得了其最佳值。 采用酸化处理制备了具有纳米片状结构的WO3纳米片纤维,通过施加电场控制反应速率实现了纳米片结构的控制生长。研究了前驱体氧化钨纳米纤维的制备温度和酸化处理施加电压值对纳米片结构、相组成和电催化性能的影响,获得了优化工艺参数。制备了由厚度从几纳米到几十纳米、长度从几十纳米到几百纳米不等的纳米片组成的WO3纳米片纤维。测试了其对酸性电解液中阳极氢氧化反应的电催化活性,获得了迄今报道最高的氢氧化电催化活性,在相同峰电位时其峰电流密度远高于20wt％-Pt/C(E-TEK)催化剂,表现出了突出的氢氧化电化学活性。 以AMT/PVP纳米纤维为前驱体,首先制备 WO3纳米纤维,然后通过在CH4/H2混合气氛中碳化处理制备了WC纳米纤维。所制备WC纳米纤维的最小直径在40-50nm左右。测试了WC纳米纤维对燃料电池阴极氧还原反应的电催化活性,获得了良好的氧还原电催化活性。 静电纺丝法是一种简单、廉价、多功能的连续纳米纤维制备方法。本文采用静电纺丝法制备的WC纳米纤维、WO3纳米纤维和WO3纳米片纤维作为催化剂或催化剂载体具有多方面的优势,如直径小,制备方法简单、成本低,其连续纳米纤维的结构特点使其不会发生团聚,从而保持大的活性面积,而纳米片纤维除了具有如上优点外其纳米片生长于纤维表面的结构避免了二维纳米片常见的团聚现象。本论文所制备的WC纳米纤维、WO3纳米纤维和WO3纳米片纤维在燃料电池催化剂或者催化剂载体方面具有良好的应用前景。