WO3提升Pt系催化剂的性能

燃料电池是绿色能源科技,而制约其大量应用的重要因素就在于它的关键材料——催化剂贵金属用量大、活性不高、稳定性不能满足应用要求等,从成本上制约了它的发展。质子交换膜燃料电池因其高效、安全和环保等优点,备受关注。三氧化钨和碳化钨在燃料电池环境里比较稳定,与金属催化剂有协同效应,是碳载体的理想替代品。

三氧化钨和钨青铜结构
 
研究表明,氧化钨具有理想的质子传导能力是因为WO3水合物的生成,这是对应用于燃料电池催化剂载体很有吸引力的。三氧化钨已经被证明在电化学氧化条件下比Vulcan XC-72R在热力学上更稳定。鉴于三氧化钨比表面积过小而限制金属催化剂的分散,随着制备能力的提升,微球、介孔和纳米三氧化钨较传统的氧化钨具有更高的稳定性和比表面积,因而可以表现出更佳的性能。
 
WO3能增强Pt对甲醇氧化催化作用,主要是因为WO3形成了钨青铜,进而促进了甲醇的脱氢反应,并且亲氧性的氧化钨有助于去除吸附在催化剂上的甲醇氧化中间产物。研究发现,载铂的三氧化钨催化剂的活性比商用Pt-Ru/C的高。相较于Pt /C催化剂,20%氧化钨含量的Pt/WO3对甲醇的氧化催化活性和电化学稳定性明显较高。另外,Gui等人通过在碳上吸附和分解磷钨酸制备Pt-WO3/C催化剂,在CO溶出实验中发现,该种催化剂显示出较好的CO氧化能力,这说明Pt-WO3/C的抗CO毒化能力比Pt/C的强。
微信:
微博:

 

不同WO3掺杂量对甲醇氧化的影响

全固体氧化物燃料电池发电系统直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)属于质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC),它直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源,而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。直接甲醇燃料电池 (DMFC) 具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性,而得到广泛研究。
 
三氧化钨是少数几种易于实现量子尺寸效应的氧化物半导体之一,已经被广泛应用于燃料电池、电化学传感器和光电器件等领域。研究者对催化剂中加入WO3的情况进行研究,其结果表明,Pt-WO3和Pt-Ru-WO3对H2/CO及甲醇的催化活性均有明显提升。其反应方程式为:

WO3+xPt-H→HxWO3+xPt

HxWO3→xH++xe-+WO3

通过以上两个反应的连续进行,Pt粒子上的活性位点得到释放,进一步促进了氢的解离吸附。
 
随着合成和制备条件的不同,三氧化钨在外观上表现出不同的结构和形貌,而这些特征将显著影响其物理和化学性能。已有研究表明,三氧化钨的结晶形貌对电极的催化性能有很大的影响,但不同晶体结构三氧化钨对电极的催化性能会产生什么影响呢?研究通过对水热法合成2种不同晶体结构的WO3纳米粉体,并制成氧化钨复合电极,观察对甲醇催化性能的影响。实验表明,Pt-WO3/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性优于Pt/C(其中Pt质量分数为20%),Pt-WO3(p)/C的催化性能优于Pt-WO3(b)/C【括号中的p指p型,b指b型】。三氧化钨质量分数为20%时,Pt-WO3/C催化剂具有最好的催化效果。
微信:
微博:

 

真空电镀用钨加热子的重要工序——蒸发镀膜

钨加热子化学镀膜最早用于在光学元件表面制备保护膜。随后,1817年,Fraunhofe在德国用浓硫酸或硝酸侵蚀玻璃,偶然第一次获得减反射膜,1835年以前有人用化学湿选法淀积了银镜膜,它们是最先在世界上制备的光学薄膜。后来,人们在化学溶液和蒸汽中镀制各种光学薄膜。50年代,除大块窗玻璃增透膜的一些应用外,化学溶液镀膜法逐步被真空镀膜取代。 真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺,是迄今工业能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。1935年,有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜。但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。真空电镀用钨加热子在蒸发镀膜的过程中需要注意以下几点。

1.在发热钨丝上缠上铝片。如上次电镀中熔铝呈球状包覆于钨丝上则不可再用,需拆出换过钨丝。
2.将上好笼架的啤件(通过小车)推入真空室内,保持电极紧密接触,嵌入离合器定位牢固应能旋转。
3.顺序用机械泵,罗茨泵及扩散泵抽气,当真空度指针达到5×10-4TORR时可开始蒸镀操作。
4.蒸镀过程:钨丝升温到650℃,铝熔融在钨丝上,继续升高到近1000℃,熔化铝被蒸发逸出铝原子以直线运动凝结在它相碰的表面上,真空室内被镀制品不断在旋转 (跟笼架)使被镀表面镀上均匀膜层。
5.平均镀膜生产周期约30分钟左右。
6.设备的详细操作使用参见附页数据。

微信:
微博:

 

抑制剂对硬质合金球齿性能的影响

理论上说,烧结体的晶粒度越小,材料的硬度也越高;而材料的断裂强度会随着硬度的增大而增大。为了提高硬质合金球齿WC-Co的硬度和强度,在烧结过程中必须通过优化烧结工艺以及添加适当的晶粒生长抑制剂来抑制晶粒的长大。硬质合金粉末烧结过程中常用的抑制剂有TaC、MoC、Cr3C2、VC、NbC等,其可以作为单一添加剂也可按一定比例组成复合型抑制剂。此外,还有研究人员将难熔金属碳化物加入到富Co基体中,并将所形成的固溶体作为抑制剂。其能显著降低基体熔点,在液相Co中形成稳定的金属/非金属原子团,而该原子团的存在会阻碍W、C原子从一个晶粒向另一个相邻晶粒的液相迁移,从而进一步降低WC晶粒的长大速率。

稀土元素也可作为晶粒长大抑制剂,其也能在烧结过程中抑制晶粒长大并提高硬质合金球齿的各项性能。与常用的抑制剂一样,稀土元素也有许多,如Y、La、Nd、Pr、Ce,其添加形式也可以是稀土金属、氧化物以及混合稀土。稀土元素的主要作用在于:1.性质较为活泼,对O、S、N、C等元素亲和力较强,因而硬质合金球齿中的这些杂质元素形成稀土化合物质点并分布在晶界上。这也就有效地阻止了液态Co中的扩散溶解和WC相之间的晶界迁移,抑制了WC晶粒的不均匀长大;2.净化晶界以及去除杂质,稀土元素与杂质元素结合形成球形化合物,对粘结相起到弥散强化作用。在以上两种机制下,对硬质合金球齿的硬度、抗弯强度有显著的强化作用。与此同时,稀土元素还能有效降低硬质合金球齿的烧结温度,较好解决了控制晶粒长大和烧结致密化之间的矛盾。

硬质合金球齿

微信:
微博:

 

钨铜/纯铜焊接触头

因其具有优良的导电导热性能,铜与铜合金在电机、电器等领域有着较为广泛的运用。由于用单一的纯铜(紫铜)所制备的电触头硬度较低,且在受热的情况下容易发生软化(铜熔点较低),尤其是在一些高压、高载荷开关触头无法确保工作的稳定进行。因此,为了保证电器触头工作的可靠性以及耐久性,研究人员发现在纯铜电极上镀上一层钨铜合金,能有效改善触头的各项综合性能,如密度、强度、抗烧蚀性、抗热震性、散热性以及使用寿命都得到了不同程度的改善。

如今工业上常用的连接铜与铜合金的方法有很多,如真空钎焊、真空扩散焊、真空电子束焊、电阻焊、惰性气体保护焊以及摩擦焊等等。这里我们主要介绍真空钎焊和真空扩散焊两种工艺。真空钎焊一般在空气炉和真空炉中进行,将钎料和钎剂按顺序夹在钨铜和纯铜之间,加热至780℃,保温20min,冷却出炉;而扩散焊在真空扩散炉中进行,需要注意的是对真空度、焊接压力、焊接温度以及保温时间的控制。从显微组织上看,真空扩散焊的触头,纯铜与钨铜结合度良好,界面过渡相对平滑。而通过钎焊的钎料与基材结合良好,而液态钎料与钨铜合金之间的作用没有纯铜的强烈。从电阻率上看,真空钎焊触头的电阻率最低,接近于钨铜母材的电阻率,若在空气中进行钎焊,触头容易产生氧化、杂质以及气孔等焊接缺陷,均匀性也难以得到有效保证,因而电阻率较高。

钨铜/纯铜焊接触头

微信:
微博:

 

 

微信公众号

 

钨钼视频

2024年1月份赣州钨协预测均价与下半月各大型钨企长单报价。

 

钨钼音频

龙年首周钨价开门红。