燃料電池之碳化鎢-鉑複合催化材料

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氫氣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。

現有燃料電池技術大都採用碳黑作為載體，將Pt粒子載入到碳黑表面，得到擔載型Pt/C催化劑。碳載體具有大的比表面積，可大大降低貴金屬Pt的使用量，降低電池總體造價。但它容易發生氧化燒結的問題也是困擾研究者的一個重要難題。

燃料電池內部的工作環境比較獨特，具有較高的溫度(50-90℃)，較高的含水量，較高的酸性(pH<1)和較高的電位(0.6-1.2V)。在這樣惡劣的條件下，並且在長期工況下，碳的電化學氧化更容易發生，尤其在Pt含量很高的情況下更是如此。而且，當電池在非常規條件下運行，如不良啟動或變載時，有可能發生反極狀況，會由於碳的極端氧化而對電池造成不可逆轉的影響。

在多年的研究中，人們發現碳化鎢具有類似於鉑的催化特性，有學者採用碳化鎢取代碳黑，製備出可用於燃料電池的碳化鎢-鉑複合催化材料，這種材料的合成方案如下：

步驟(1)、稱取1g Vulcan XC-72碳粉，放入32％的HNO3溶液中，加熱回流1小時，過濾，用去離子水洗滌至pH＝6.5，110℃恒溫乾燥；

步驟(2)、將步驟(1)處理過的Vulcan XC-72碳粉置於三口燒瓶中，加入異丙醇和水，再加入H2WO4溶液，碳和鎢的摩爾比例1∶1，超聲波內充分混合均勻，加入過氧化氫和氨水調節pH＝6.5，放置5小時；

步驟(3)、在N2保護及超聲攪拌條件下滴入過量NaBH4溶液，進行還原反應；反應完畢後進行抽濾、洗滌，80℃真空乾燥4小時；

步驟(4)將產物置於管式爐中，在N2與H2混合氣氛下進行煆燒，800℃煆燒2.5小時，1150℃煆燒3.5小時，得到碳化鎢粉體材料。

步驟(5)、將步驟(4)所得碳化鎢粉體材料放入三口燒瓶中，依次加入無水乙醇、水和異丙醇，超聲混合均勻，加入10mg/mL H2PtCl6溶液超聲波攪拌30min，用1mol/L Na2CO3溶液調pH＝7，靜置12h，得含碳化鎢材料的混合漿料；

步驟(6)、向漿料中緩慢滴加37％甲醛溶液，溫度控制在65℃，反應中通氮氣作為保護氣，超聲波攪拌，反應完成之後停止通氣，進行真空過濾，用去離子水洗滌至無Cl^-，將濾餅在80℃真空乾燥，得到碳化鎢-鉑複合材料催化劑。

將碳化鎢-鉑複合催化材料製備成電極並構成電池，並與以常規碳載鉑為催化劑的單池進行比較，經過1.8V氧化後的性能比較。碳化鎢-鉑為催化劑的電池在各電密下的衰減明顯小於Pt/C電池，證明了該新型複合催化劑具有較好的氧化環境耐受性能。

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