燃料电池之碳化钨-铂复合催化材料

燃料电池是一种质子交换膜燃料电池，直接使用甲醇水溶液或氢气为燃料供给来源发电，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，是一种环境友好、高效的新能源。

现有燃料电池技术大都采用碳黑作为载体，将Pt粒子加载到碳黑表面，得到担载型Pt/C催化剂。碳载体具有大的比表面积，可大大降低贵金属Pt的使用量，降低电池总体造价。但它容易发生氧化烧结的问题也是困扰研究者的一个重要难题。

燃料电池内部的工作环境比较独特，具有较高的温度(50-90℃)，较高的含水量，较高的酸性(pH<1)和较高的电位(0.6-1.2V)。在这样恶劣的条件下，并且在长期工况下，碳的电化学氧化更容易发生，尤其在Pt含量很高的情况下更是如此。而且，当电池在非常规条件下运行，如不良启动或变载时，有可能发生反极状况，会由于碳的极端氧化而对电池造成不可逆转的影响。

在多年的研究中，人们发现碳化钨具有类似于铂的催化特性，有学者采用碳化钨取代碳黑，制备出可用于燃料电池的碳化钨-铂复合催化材料，这种材料的合成方案如下：

步骤(1)、称取1g Vulcan XC-72碳粉，放入32％的HNO3溶液中，加热回流1小时，过滤，用去离子水洗涤至pH＝6.5，110℃恒温干燥；

步骤(2)、将步骤(1)处理过的Vulcan XC-72碳粉置于三口烧瓶中，加入异丙醇和水，再加入H2WO4溶液，碳和钨的摩尔比例1∶1，超声波内充分混合均匀，加入过氧化氢和氨水调节pH＝6.5，放置5小时；

步骤(3)、在N2保护及超声搅拌条件下滴入过量NaBH4溶液，进行还原反应；反应完毕后进行抽滤、洗涤，80℃真空干燥4小时；

步骤(4)将产物置于管式炉中，在N2与H2混合气氛下进行煅烧，800℃煅烧2.5小时，1150℃煅烧3.5小时，得到碳化钨粉体材料。

步骤(5)、将步骤(4)所得碳化钨粉体材料放入三口烧瓶中，依次加入无水乙醇、水和异丙醇，超声混合均匀，加入10mg/mL H2PtCl6溶液超声波搅拌30min，用1mol/L Na2CO3溶液调pH＝7，静置12h，得含碳化钨材料的混合浆料；

步骤(6)、向浆料中缓慢滴加37％甲醛溶液，温度控制在65℃，反应中通氮气作为保护气，超声波搅拌，反应完成之后停止通气，进行真空过滤，用去离子水洗涤至无Cl^-，将滤饼在80℃真空干燥，得到碳化钨-铂复合材料催化剂。

将碳化钨-铂复合催化材料制备成电极并构成电池，并与以常规碳载铂为催化剂的单池进行比较，经过1.8V氧化后的性能比较。碳化钨-铂为催化剂的电池在各电密下的衰减明显小于Pt/C电池，证明了该新型复合催化剂具有较好的氧化环境耐受性能。

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