質子交換膜燃料電池用碳化鎢/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。

發展至今，燃料電池遇到的最大發展瓶頸就是其催化劑問題。催化劑以 鉑Pt 基為主， 但是 Pt 價格昂貴， 且容易受甲醇氧化中間產物的毒化， 從而影響了直接甲醇燃料電池的商業化進程。

現有PEMFC技術中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。

在這樣的大環境，碳化鎢閃亮登場。碳化鎢因其擁有類似於鉑的催化特性，很快就得到了學者們的重視。本文介紹一種質子交換膜燃料電池用碳化鎢/鉑複合催化材料的製備方法，其製備方法簡單，無需複雜設備。催化劑的實驗室制取步驟如下：

1、將Vulcan XC-72碳粉用32％的HNO₃溶液加熱回流1小時，過濾，用去離子水洗滌至pH＝6-7，110℃恒溫乾燥；

2、將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＝6-7，放置4-6小時；

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；

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2-3小時，1150℃煆燒3-5小時，得碳化鎢粉體材料；

5、將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＝8-9，靜置12h，得含碳化鎢材料的混合漿料；

6、將所得漿料中緩慢滴加37％甲醛溶液，溫度控制在60-70℃，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/Pt複合材料催化劑。

研究表明，以本法制取的碳化鎢/鉑複合催化劑材料，該催化材料顯示了比常規鉑催化劑更為卓越的氧化耐受性能，在電池燃料或氧化劑容易發生乏氣的情況下，抗氧化能力強的碳化鎢/Pt催化劑可以更有效地避免反極等意外狀況給電池帶來的嚴重性能損失。並且替代性強，能大幅降低鉑的用量，製備過程也較簡單，無需複雜設備，具有很好的市場應用前景。

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