蜂窩狀石墨烯/碳化鎢/鉑金複合電催化劑

質子交換膜燃料電池（PEMFC）憑藉著其環境友好、啟動迅速、功率密度和能量密度高等優點，在可擕式移動電源、汽車動力電源、大型固定發電裝置等方面顯示出廣闊的應用前景，PEMFC的陰極氧化還原反應（ORR）是電催化反應的速度控制步驟，鉑（Pt）金屬是目前性能最優異的ORR電催化劑，然而鉑價格昂貴和資源匱乏限制了其規模化應用。

基於“協同效應”的“低鉑電催化劑”，是目前應用前景最為明朗的發展方向之一。作為一個物理化學性能相對穩定的“協同組分”，碳化鎢（WC）受到了廣泛的關注，已經成功躍升於高性能低鉑電催化劑的設計。然而，在實際應用中碳化物的電子導電性能十分欠缺，遠遠未能達到電催化反應中電子的快速轉移和多方傳輸的要求。因此，開發一種電子導電性能力高和網路結構發達的載體材料用於WC和Pt兩組分的耦合與連接，將是WC基“協同效應”的“低鉑電催化劑”發展的一項重要任務。

目前，最新發展的“石墨烯”納米碳材料有望成為新一代高性能ORR電催化劑載體材料，然而，當前石墨烯材料的發展也面臨著一系列亟待解決的問題，諸如化學還原氧化石墨烯的導電性和穩定性不足、原始石墨烯親水性較差、單片石墨烯容易堆疊團聚致使材料的實際表面積不夠高等，現有技術有研究將碳化鎢納米顆粒分散於石墨烯片層結構上，製備得到的WC/RGO再負載上納米顆粒鉑，然而其採用的兩步製備方法最後獲得的石墨烯結構仍然是片狀結構，仍然存在容易堆疊團聚致使材料的實際表面積不夠高的問題，從而影響其導電能力和穩定性。

要克服現有技術存在的上述缺陷，研究人員設計出一種蜂窩狀石墨烯/碳化鎢/鉑金屬複合電催化劑的製備方案，其過程需要：1、將球形範本、鎢源、氧化石墨烯均勻分散于水中，乾燥至粘稠漿狀為止；2、乾燥後的產物以1～10℃/min的升溫速率將溫度升至800～900℃，於惰性氣體下反應後經粉碎過篩後製備蜂窩狀石墨烯/碳化鎢複合體，粉碎後蜂窩狀石墨烯/碳化鎢複合體的粒徑為10～30μm；3、鉑前驅體和表面活性劑溶解於甘油和乙二醇混合液中，加入製備得到的蜂窩狀石墨烯/碳化鎢複合體，經回流熱處理、過濾乾燥即得蜂窩狀石墨烯/碳化鎢/鉑金複合電催化劑；

具體的，稱取0.5g氧化石墨烯、2.0g聚甲基丙烯酸甲酯球形範本材料（平均直徑3μm）和0.1g鎢酸銨（按W金屬計算）均勻分散于去離子水中；上述混合液置於可加熱磁力攪拌器上同步攪拌與加熱乾燥，攪拌速率為500轉/分鐘，加熱溫度為80℃，乾燥至粘稠漿狀；將上述漿料物放置高溫爐中，在高純度氮氣氣氛下加熱處理，加熱溫度為900℃，加熱時間為2h，升溫速度為5℃/min；上述熱處理產品進一步粉碎、過篩即制得蜂窩狀“石墨烯/WC”複合體。

由上述方法製備的蜂窩狀“石墨烯/WC”複合體，其中石墨烯蜂窩結構的尺寸約為3μm，WC占複合體總重量比例為26.7%，該蜂窩狀“石墨烯/WC”複合體的比表面積為526m2g-1，電導率為1280Sm-1。這種三維蜂窩狀的“石墨烯/碳化鎢”複合體具有更高的比表面積，更強的導電能力和穩定性。

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