纳米碳化钨/炭复合材料及其制备方法

納米碳化鎢具有類似鉑的催化活性，物理和化學性能穩定，且價格低廉。隨著人們對清潔能源的重視，碳化鎢在催化領域，例如直接甲醇燃料電池、催化析氫、超大電容器以及催化脫硫等方面的應用引起了科學家的廣泛關注；在電化學領域，碳化鎢作為陽極催化劑的優勢在於它不僅具有催化性能可以代替鉑、鈀等貴重金屬，而且不易被一氧化碳毒化。因而，納米碳化鎢作為催化劑可以部分代替或者一定程度上節省鉑、鈀等貴重金屬，其應用前景廣闊。

碳化鎢傳統的製備方法為“固相反應法”，它通過鎢粉和炭粉在1600℃高溫反應而得，使用這種方法制得的碳化鎢顆粒易團聚、比表面積小，但是只能滿足冶金工業需要，不能有效發揮其催化作用。而在電化學應用中，多孔炭載體對提高碳化鎢的催化活性和穩定性起著重要的作用，這主要由於炭載體具備良好的導電性能；炭載體的高比表面積，有利於碳化鎢的高度分散；炭載體開放的孔道結構有助於催化反應的“傳質”過程；炭載體的化學、物理穩定性好，適用于各種應用環境。

木材具有單向排列的管胞結構( 孔結構)，其纖維組織從納米量級的細胞壁膜結構到微米量級的管胞組織，再到毫米量級的年輪，形成了獨特的多層次、管胞結構、纖維狀和各向異性等生物結構特點；木材的主成分為木質素、纖維素及半纖維素，主要成分中碳約占44%。因而，木材不僅可以作生物擬態合成的結構範本，而且可以用作製備碳化物複合材料的碳源和結構範本。

以木材為結構範本制取多孔納米碳化鎢/炭複合材料其主要步驟如下：

（1）前驅體溶液配製：40℃下，將適量範本劑溶於一定量的乙醇和水混合溶液中，然後依次加入碳源和鎢源，充分攪拌得到均勻透明溶液，即得前驅體溶液；

（2）真空浸漬：將前驅體溶液轉移到一定量的木粉中，真空負壓浸漬30~90分鐘，然後在30～60℃下揮發除去混合溶劑、乾燥，接著在100～150℃下固化12～48小時即得預聚產物；

（3）碳化還原：在還原氣氛下，將所得預聚產物置於高溫反應爐中700～1400℃下焙燒1～7小時，然後冷卻、研磨，即可得層次孔碳化鎢/炭複合材料。

本方案利用仿生學和分子自組裝原理，以木材為擬態範本，表面活性劑為“軟”範本，鎢源、碳源為前驅體，借助於溶劑揮發誘導自組裝過程和多元耦合作用製備出具有獨特層次孔結構的納米碳化鎢/炭複合材料。資源上，有效利用低質木材、木材加工剩餘物和我國豐富的鎢礦資源，創新開發高附加值的層次孔碳化鎢/炭催化劑；炭複合材料廣泛應用於各種電化學催化、敏感器和有機合成等，尤其是可作為直接甲醇燃料電池的催化劑或載體，以達到節約鉑催化劑的目標，促進燃料電池等相關綠色能源的產業化。

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