用焦綠石型氧化鎢製備陰極複合催化劑

質子交換膜燃料電池的工作溫度通常低於100℃，氫氣和氧氣(或空氣)作為燃料電池的反應氣體，通常在電催化劑的作用下可顯著提高電極反應速度。因此，具有較高電催化活性的催化劑是影響質子交換膜燃料電池性能的關鍵之一。傳統催化劑為Pt/C催化劑，其中貴金屬鉑資源稀少，價格昂貴；而碳載體在潮濕、低pH值及高濃度的氧氣環境下容易受到腐蝕，從而影響電池的性能和壽命。近年來，尋找具有更高催化活性、價格低廉且化學性能穩定的催化劑材料引起廣泛的關注。研究發現，在貴金屬中添加過渡金屬氧化物有利於提高電催化活性。氧化鎢與貴金屬鉑可形成協同催化效應，而且其在酸性環境下相當穩定，以氧化鎢作為載體材料的複合催化劑被廣泛研究。焦綠石型氧化鎢具有多維孔道的層狀結構，其擁有三維孔道，該結構有利於離子的快速遷移和交換，這一方面提高了其離子電導率，同時增強了其吸附性能，而且一定的離子可以嵌入到層狀結構中形成插層複合催化材料。焦綠石型氧化鎢在插層複合材料、感測器以及電致變色等領域的應用已有一些相關報導，但其作為電催化材料的研究較少。質子交換膜燃料電池的電極催化反應可利用焦綠石型氧化鎢的這種結構特點，提高電極反應速率並進而提高電池性能。

採用水熱法合成焦綠石型氧化鎢，以pH值為3.0時獲得的樣品為單一焦綠石相，且粒徑較小。以焦綠石型氧化鎢與碳粉為載體，通過不同工藝路徑製備了Pt-WO3-C複合催化劑。電化學性能測試表明，採用水熱法將合成的焦綠石型氧化鎢直接分散沉積在碳粉上所制得的複合催化劑Pt/(WO3-C)的催化活性最好，其電催化性能優於傳統Pt/C催化劑。催化劑的製備工藝影響複合催化劑的分散效果，並進一步影響其催化性能。焦綠石型氧化鎢具有三維孔道結構，擔載鉑後可與鉑形成良好的協同催化效應，中間產物氫鎢青銅及非化學計量氧化鎢的生成加快了陰極反應速率，降低了陰極過電位，同時提高了燃料電池的能量轉化效率。

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