碳载碳化钨复合材料的制备及其电催化性能

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碳化钨(WC)具有类铂催化性能和较强的抗中毒性能,是潜在的能够替代铂等贵金属的催化材料,如何提高WC的电催化性能是研究的重点。活性碳(AC)、碳黑(CB)、碳纳米管(CNT)具有比表面积大、热稳定性高等特性,是优良的催化剂载体。本文采用表面修饰和原位还原碳化技术,制备了碳化钨/活性碳(WC/AC)、碳化钨/碳黑(WC/CB)、碳化钨/碳管纳米(WC/CNT)三种复合材料,并将Pt粒子修饰于复合材料上,制得了Pt/WC/AC、Pt/WC/CB、Pt/WC/CNT催化材料。采用FTIR、XRD、SEM、BET等分析测试技术,揭示了复合材料的物相组成、表面形貌等,利用循环伏安等电化学测试方法研究了所制备复合材料的电催化性能。   论文首先研究了氧化剂对碳载体前处理的影响;其次,在偏钨酸根离子的负载过程中,评价了AC与AMT的质量比、负载时间、负载温度对WC/AC的制备的影响;最后,还原碳化过程中,评价了反应时间、反应温度、反应气体总流量等因素对WC/AC还原碳化的的影响。采用液相还原技术,分别以甲醛、硼氢化钠、甲醇为还原剂,制备了Pt/WC/CNT等复合材料。XRD、SEM测试结果表明,WC/AC、WC/CB、WC/CNT均由WC、W2C和C三种物相组成,WC颗粒细小,分散性好,均匀附着在载体外表面;Pt/WC/CNT复合材料由WC、CNT和Pt三种物相组成,铂颗粒直径约15~50 nm之间,均匀分散在WC/CNT上。   以碳载碳化钨复合材料作为电催化材料制成粉末微电极(PME),采用循环伏安法研究其在碱性溶液中对对硝基苯酚的电还原行为。结果表明,WC/AC对对硝基苯酚的电催化活性优于WC/CB、WC/CNT。WC/AC-PME上对硝基苯酚的电还原反应为一个受吸附控制的不可逆过程,经过100个循环的电还原反应,还原峰电流衰减量很小,说明WC/AC具有良好的化学稳定性。   采用循环伏安法研究了FWWC/CNT催化剂对甲醇的电催化氧化性能,并探讨了扫描速度、电解液温度、甲醇浓度、硫酸浓度和Pt载量对甲醇电氧化性能的影响,结果表明,Pt/WC/CNT的催化氧化性能随着酸度的增加而下降,随着甲醇浓度和电解液温度的增加而提高;Pt/WC/CNT上的甲醇氧化峰电流随着铂载量的增加而增加,当载量达到20%时,催化性能最佳。   在碱性介质中,Pt/WC/CNT,Pt/WC/CB,Pt/WC/AC对析氢反应均有良好的催化性能,Pt/WC/CNT的催化活性优于Pt/WC/CB、Pt/WC/AC;经过100次循环伏安实验,Pt/WC/CNT,Pt/WC/CB,Pt/WC/AC的析氢电流衰量减均很小,说明这三种材料对析氢反应具有稳定的电催化性能。
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