质子交换膜燃料电池用碳化钨/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。

发展至今，燃料电池遇到的最大发展瓶颈就是其催化剂问题。催化剂以 铂Pt 基为主， 但是 Pt 价格昂贵， 且容易受甲醇氧化中间产物的毒化， 从而影响了直接甲醇燃料电池的商业化进程。

现有PEMFC技术中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。

在这样的大环境，碳化钨闪亮登场。碳化钨因其拥有类似于铂的催化特性，很快就得到了学者们的重视。本文介绍一种质子交换膜燃料电池用碳化钨/铂复合催化材料的制备方法，其制备方法简单，无需复杂设备。催化剂的实验室制取步骤如下：

1、将Vulcan XC-72碳粉用32％的HNO₃溶液加热回流1小时，过滤，用去离子水洗涤至pH＝6-7，110℃恒温干燥；

2、将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＝6-7，放置4-6小时；

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；

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2-3小时，1150℃煅烧3-5小时，得碳化钨粉体材料；

5、将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＝8-9，静置12h，得含碳化钨材料的混合浆料；

6、将所得浆料中缓慢滴加37％甲醛溶液，温度控制在60-70℃，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/Pt复合材料催化剂。

研究表明，以本法制取的碳化钨/铂复合催化剂材料，该催化材料显示了比常规铂催化剂更为卓越的氧化耐受性能，在电池燃料或氧化剂容易发生乏气的情况下，抗氧化能力强的碳化钨/Pt催化剂可以更有效地避免反极等意外状况给电池带来的严重性能损失。并且替代性强，能大幅降低铂的用量，制备过程也较简单，无需复杂设备，具有很好的市场应用前景。

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