碳化鎢/石墨烯複合催化劑

直接甲醇燃料電池是一種質子交換膜燃料電池，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料供給來源發電，具備低溫快速啟動、燃料潔淨環保以及電池結構簡單等特性，是一種環境友好、高效的新能源。

發展至今，直接甲醇燃料電池遇到的最大發展瓶頸就是其催化劑問題。目前， 甲醇氧化催化劑仍然以 鉑Pt 基為主， 但是 Pt 價格昂貴， 且容易受甲醇氧化中間產物的毒化， 從而影響了直接甲醇燃料電池的商業化進程。

只有尋找廉價的催化劑替代品才能為直接甲醇燃料電池的發展找到出路。在化工行業，碳化鎢因其擁有類似於鉑的催化特性，很快就得到了學者們的重視。但是許多人在研究中發現，鎢的催化性能良好，但是導電性差，這就意味著WC並不能完美替代鉑在直接甲醇燃料電池中的地位，因此還有必要尋找一類具有高導電性的材料來解決碳化鎢導電問題。

很幸運的是，高導電材料也不難找，聲名鵲起的石墨烯就是一種很優質的導電材料。在碳載體中， 石墨烯 (RGO) 具有優良的導電性以及獨特的片層結構， 是電催化劑的理想載體，以 RGO 為載體， WC 為插層物質製備的 WC-RGO 複合材料具有化學穩定性好、電導率高且電化學活性面積大等優勢。

但是石墨烯是納米級的單層片狀結構，將碳化鎢插層在石墨烯上並沒想像中那麼容易，一般以偏鎢酸銨和氧化石墨烯 (GO) 為前驅體製備 WC-RGO 插層複合物， 但是由於偏鎢酸根和 GO 都帶負電， 因此不能成功地將偏鎢酸根引入到石墨烯的片層結構中， 造成 WC-RGO 插層複合物組裝上的困難。

近期有學者發表論文指出，採用硫脲可以成功地將具有高分散性 WC 納米顆粒插層在少層 RGO 裡，組成 WC-RGO 插層複合物。 硫脲((NH₂)₂CS) 作為陰離子接受器，具有較強的結合陰離子形成穩定複合物的能力。

材料具體製備方法如下: 首先利用浸漬法，將偏鎢酸根陰離子 ([H2W12O40]6-) 牽引到 (NH₂)₂CS 改性過的 GO 上形成[H₂W₁₂O₄₀]₆--(NH₂)₂CS-GO 前驅體； 然後將前驅體放入管式爐中還原碳化，前驅體先反應生成單層二硫化鎢WS2； 由於二硫化鎢自身的單片層結構，很容易和單層石墨烯反應，可得到 WS2-RGO 插層複合物，接著原位碳化生成 WC-RGO 插層複合物.，碳化鎢-石墨烯負載鉑電催化劑 (Pt/WC-RGO) 通過微波輔助法制得。

結果顯示， 在 WC-RGO 插層複合物中， WC 的平均粒徑為 1.5 nm， RGO 的層數約為 5 層。在甲醇電氧化反應中， 相比于商用 Pt/C 催化劑，Pt/WC-RGO 插層複合物催化劑具有更高的電化學活性面積 (ECSA) 和較高的峰電流密度 並且抗 CO 中毒能力及穩定性均優於Pt/C催化劑。當然最重要的是，複合材料的價格遠遠低於鉑，從而大大地降低燃料電池中電催化劑的成本，非常有利於的直接甲醇燃料電池商業化。

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