纳米WC的制备及PtWC材料电催化性能研究.pdf

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1、第3期矿产综合利用No．32013年6月MultipurposeUtilizationofMineralResourcesJun．20l3纳米WC的制备及Pt／WC材料电催化性能研究罗宇智，周大利，李元坤，史光大，钟庆文，余平(1．中国地质科学院矿产综合利用研究所，[~Jll成都610041；2．四川大学材料科学与工程学院，四川成都610064)摘要：采用溶胶一凝胶法，以偏钨酸铵为钨源，酚醛树脂(PF)为碳源制备碳化钨(WC)。使用XRD及SEM对样品进行表征，并在酸性介质中测试工作电极的电催化性能。结果表明：制备得到的纳米WC粉体颗粒径为50～90n

2、m，颗粒形貌近似球形。WC可与Pt协同作用加强H：的电催化氧化作用，10％Pt／WC在0．5mol／LHSO中的电流密度达12．21mA／cm。关键词：溶胶一凝胶法；纳米碳化钨；电催化doi：10．3969／j．issn．1000—6532．2013．03．011中图分类号：TB383，TD989文献标识码：A文章编号：1000—6532(2013)03-0049-03Levy和Boudart【l首次指出WC微观上具有类析纯试剂，质子交换膜采用Nation溶液(DuPont公似于铂族金属的电子层结构，对氢和氧的电催化性司生产)。能上与铂、钌等贵金属具有

3、相似的特性之后，其微观1．2试验方法结构和催化机理就引起学术界很大的关注。纳米1．2．1WC粉体的制备WC具备催化效率高，抗CO中毒性强，成本较低等(1)配置偏钨酸铵溶液与过量的1．2mo]／L的特点，可作为增进铂族金属催化性能和稳定性的优硫酸反应，将得到的白钨酸用30wt％H：0：溶解得到质材料]。含钨溶液，再加人无水乙醇和冰乙酸作为稳定剂；传统的合成WC的方法是首先用还原气氛将(2)将含钨溶液置于90℃烘箱中蒸发掉大部分水分WO还原成金属w，将金属w与碳粉充分混合后在并分解溶液中过量的H0，滤去出现的白色沉淀；1400~C以上高温碳化制备。这样制得

4、的碳化钨颗粒(3)向体系中加入酚醛树脂(PF)的乙醇溶液(m：多为微米级，比表面积小，难以满足电化学催化的需m=6．24：1)，将混合液超声分散50min得到前躯要。目前常用的制备纳米WC的方法有：还原气氛体溶胶，陈化溶胶得到凝胶体，干燥后即得前躯体；碳化法，溶剂热合成法，热机械合金化法，原位渗碳(4)将前躯体研磨成粉后装入条形瓷舟置于管式炉还原法，喷雾干燥流化床法等。中，在H与Ar(Vm／V：1／4)的混合气氛下于本研究利用新制白钨酸易呈溶胶的性质【1。。和900℃还原碳化，升温速度15oC／min，保温50minPF加热固化后形成网状交联结构并且残

5、碳率较高后，在Ar气保护下冷却至室温得到纳米WC粉末。的特点，以偏钨酸铵为钨源，PF为碳源制备纳米1．2．2催化电极的制作WC，对工艺制备的WC进行了成分和形态表征，并(1)将氯铂酸(H：PtCI6·6H0)溶液与制得的通过循环伏安法曲线测定Pt／WC材料对析氢反应纳米WC粉末按一定的质量比超声分散1h，向悬浊的电催化性能。液中加入37％的甲醛水溶液作为还原剂，在80℃水浴中还原得到Pt—WC悬浊液。1试验部分(2)离心分离并多次洗涤后加入异丙醇配制成1．1试验试剂Pt／WC的异丙醇悬浊液；(3)取51悬浊液滴加到实验试剂为：偏钨酸铵、1．2mol／L

6、硫酸、30wt％玻碳电极上(=5mm，有效而积为0．196cm)，在双氧水、酚醛树脂(PF)、无水乙醇、冰乙酸、氯铂酸80℃蒸发溶剂后形成WC涂层，再取5IxlNation(0．((HPtC16·6H0)、甲醛(HCHO)、异丙醇均为分5wt％)溶液附着在WC涂层上，在50℃蒸发溶剂形收稿日期：2012—10—22作者简介：罗宇智(1985一)，男，硕士，助理工程师，主要从事冶金技术，材料制备研究：[作。·50·矿产综合利用2013正成质子交换膜，制备Pt／WC工作电极；(4)以硼氢化图2，从图2看出，得的WC颗粒径在5O～90nm之钾(KBH)为还原

7、剂，室温反应得到Pt／WC的悬浊间，较大颗粒是小颗粒团聚体和残余玻璃碳对WC液，用同样的电极制作方法制备Pt／WC工作电极；颗粒的封包颗粒。纳米WC粉末的比表面积很高，(5)采用同样的电极制作方法，以碳纳米管作为Pt具有很大的表面能，容易团聚在一起。的在载体制作另一工作电极10％Pt／C。10％Pt／WC(HcHo)和10％Pt／WC(K眦)分别表示WC作为用HCHO和KBH还原的Pt的载体，其中Pt的质量分数为10％。10％Pt／C表示以碳纳米管作为Pt的载体，此电极用于对比实验。一一1．2．3表征和性能测试设备表征方法：采用DX一1000X射线衍射

8、仪(XRD)图2WC的SEM图表征WC的结构，HetachiS4800场发射扫描电子显Fig．