蜂窝状石墨烯/碳化钨/铂金复合电催化剂

质子交换膜燃料电池（PEMFC）凭借着其环境友好、启动迅速、功率密度和能量密度高等优点，在便携式移动电源、汽车动力电源、大型固定发电装置等方面显示出广阔的应用前景，PEMFC的阴极氧化还原反应（ORR）是电催化反应的速度控制步骤，铂（Pt）金属是目前性能最优异的ORR电催化剂，然而铂价格昂贵和资源匮乏限制了其规模化应用。

基于“协同效应”的“低铂电催化剂”，是目前应用前景最为明朗的发展方向之一。作为一个物理化学性能相对稳定的“协同组分”，碳化钨（WC）受到了广泛的关注，已经成功跃升于高性能低铂电催化剂的设计。然而，在实际应用中碳化物的电子导电性能十分欠缺，远远未能达到电催化反应中电子的快速转移和多方传输的要求。因此，开发一种电子导电性能力高和网络结构发达的载体材料用于WC和Pt两组分的耦合与连接，将是WC基“协同效应”的“低铂电催化剂”发展的一项重要任务。

目前，最新发展的“石墨烯”纳米碳材料有望成为新一代高性能ORR电催化剂载体材料，然而，当前石墨烯材料的发展也面临着一系列亟待解决的问题，诸如化学还原氧化石墨烯的导电性和稳定性不足、原始石墨烯亲水性较差、单片石墨烯容易堆叠团聚致使材料的实际表面积不够高等，现有技术有研究将碳化钨纳米颗粒分散于石墨烯片层结构上，制备得到的WC/RGO再负载上纳米颗粒铂，然而其采用的两步制备方法最后获得的石墨烯结构仍然是片状结构，仍然存在容易堆叠团聚致使材料的实际表面积不够高的问题，从而影响其导电能力和稳定性。

要克服现有技术存在的上述缺陷，研究人员设计出一种蜂窝状石墨烯/碳化钨/铂金属复合电催化剂的制备方案，其过程需要：1、将球形模板、钨源、氧化石墨烯均匀分散于水中，干燥至粘稠浆状为止；2、干燥后的产物以1～10℃/min的升温速率将温度升至800～900℃，于惰性气体下反应后经粉碎过筛后制备蜂窝状石墨烯/碳化钨复合体，粉碎后蜂窝状石墨烯/碳化钨复合体的粒径为10～30μm；3、铂前驱体和表面活性剂溶解于甘油和乙二醇混合液中，加入制备得到的蜂窝状石墨烯/碳化钨复合体，经回流热处理、过滤干燥即得蜂窝状石墨烯/碳化钨/铂金复合电催化剂；

具体的，称取0.5g氧化石墨烯、2.0g聚甲基丙烯酸甲酯球形模板材料（平均直径3μm）和0.1g钨酸铵（按W金属计算）均匀分散于去离子水中；上述混合液置于可加热磁力搅拌器上同步搅拌与加热干燥，搅拌速率为500转/分钟，加热温度为80℃，干燥至粘稠浆状；将上述浆料物放置高温炉中，在高纯度氮气气氛下加热处理，加热温度为900℃，加热时间为2h，升温速度为5℃/min；上述热处理产品进一步粉碎、过筛即制得蜂窝状“石墨烯/WC”复合体。

由上述方法制备的蜂窝状“石墨烯/WC”复合体，其中石墨烯蜂窝结构的尺寸约为3μm，WC占复合体总重量比例为26.7%，该蜂窝状“石墨烯/WC”复合体的比表面积为526m2g-1，电导率为1280Sm-1。这种三维蜂窝状的“石墨烯/碳化钨”复合体具有更高的比表面积，更强的导电能力和稳定性。

• < 前へ
• 次へ >