钨源对碳化钨粉末性能的影响

碳化钨粉末(WC粉末)是一种新型功能材料,具有与贵金属铂(Pt)相类似的电催化性能、较强的抗一氧化碳(CO)中毒能力、较高的导电性和选择性等优点,未来有望部分或者完全替代Pt等贵金属作为燃料电池电催化剂。

从化学的角度上来看,WC粉末的电催化性能除了与生产工艺和工艺参数有关之外,还与原材料种类密切相关。由于不同的钨源制备出来的WC粉末的分散性和颗粒尺寸不一样,所以Pt-WC催化剂的电催化活性也存在较大的区别。

碳化钨粉末的生产步骤:在以碳纳米管为载体,柠檬酸为络合剂的前提下,分别以偏钨酸铵(AMT)、钨酸钠(ST)及仲钨酸铵(APT)为钨源,利用水热法制备前驱体(钨酸和碳纳米管复合物);然后将所得的前驱体放入高温管式炉中,采用程序升温法进行煅烧,除去碳纳米管,得到氧化钨中间体,随之在950℃的氮气气氛中通入碳源进行碳化,得到WC粉末。

不同原料制备的碳化钨粉的XRD和SEM图

研究表明:以AMT为原料制备的WC粉末较为分散,呈类球状,尺寸较小,约100nm,且分布较均匀,而以ST为原料制备的WC粉末有明显的团聚,粒度分布较大,在100~500nm之间;以APT为原料制备的WC粉末的分散性较差,严重团聚,且尺寸较大,在500nm以上。

碳化钨粉如何载铂?称取适量的WC粉末置于烧杯中,加入一定量的氯铂酸和蒸馏水,接着超声,然后滴加氢氧化钠调节pH值,搅拌均匀后逐滴加入硼氢化钠水溶液;最后将悬浮液抽滤干燥,得到Pt-WC催化剂。

不同原料制备的Pt-WC在硫酸中的CV曲线图

研究表明,以偏钨酸铵作为钨源制备的Pt-WC催化剂的电催化性能最好,钨酸钠的次之,仲钨酸铵的最差,主要是归因于AMT制备的WC粉末分散性良好、呈类球状和尺寸较小,所以电化学活性表面积较大。以AMT为原料制备的Pt-WC催化剂在硫酸体系中的峰电流密度明显高于ST和APT的,在硫酸甲醇体系中的峰电流密度也明显高于ST和APT的。

 

 

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