[發(fā)明專利]一種介孔C/WO3電催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710047780.5
• 申請(qǐng)日: 2007-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN101181679A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔香枝;施劍林;陳航榕;張玲霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): B01J23/30
• 分類號(hào): B01J23/30;B01J21/18;H01M4/90;H01M4/96
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種介孔C/WO₃電催化劑及其制備方法，屬于無機(jī)能源材料領(lǐng)域。

技術(shù)背景

燃料電池是一種可更新的綠色能源系統(tǒng)，對(duì)解決目前世界面臨的“能源短缺”和“環(huán)境污染”這兩大難題具有重要意義，被認(rèn)為是21世紀(jì)的最為重要的新能源技術(shù)之一。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有工作溫度低、啟動(dòng)快、能量轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，適合于電動(dòng)汽車、分置電站和便攜式電子產(chǎn)品等方面的應(yīng)用。作為電池關(guān)鍵材料之一的電催化劑是關(guān)系到質(zhì)子交換膜燃料電池能否真正走向商業(yè)化的最為重要的材料。

目前國內(nèi)外所報(bào)道的質(zhì)子交換膜燃料電池所用的氫氧化陽極催化劑是以鉑系金屬為主的貴金屬催化劑，如Pt、Pd、Ru等。鉑系金屬的價(jià)格昂貴，在電池成本中占有很大的比重。此外，這類催化劑受到資源的限制，特別在我國鉑系金屬的產(chǎn)量非常有限，因此大大阻礙了質(zhì)子交換膜燃料電池大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。開發(fā)高活性的新型催化劑，提高其利用率，降低貴金屬的使用量或不使用貴金屬，一直是燃料電池工作者重點(diǎn)努力的方向。介孔材料由于其獨(dú)特的高比表面積、規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)和可控孔徑尺寸，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于重油加氫、烯烴聚合、大分子選擇催化、分離以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，近來產(chǎn)生的以介孔氧化硅為硬模板制備無機(jī)金屬氧化物(WO₃、CeO₂等)的技術(shù)，將進(jìn)一步拓展介孔材料的應(yīng)用范圍。其中氧化鎢可以在酸性工作環(huán)境中形成一種導(dǎo)電的氫鎢青銅型(HxWO₃)化合物，該化合物具有特殊的氫吸附氧化電化學(xué)性能，因而在電催化領(lǐng)域應(yīng)具有更為廣闊應(yīng)用前景，已經(jīng)引起了極大的關(guān)注。

我們綜合燃料電池催化劑的使用要求和介孔材料的優(yōu)點(diǎn)，將介孔氧化鎢引用到燃料電池催化劑領(lǐng)域，將活性碳均勻地分散于介孔氧化鎢主體材料中，控制活性碳的合適配比，最大限度地提高該材料的氫電化學(xué)氧化性能，從而有望成為一種優(yōu)良的非鉑電極催化劑，從而降低質(zhì)子交換膜燃料電池的制作成本。目前國內(nèi)外還未見這類材料特別是用于質(zhì)子交換膜燃料電池中氫氧化用催化劑材料的研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供介孔C/WO₃電催化劑及其相應(yīng)的制備方法，本發(fā)明的電催化劑未使用鉑貴金屬，是以介孔WO₃與活性碳復(fù)合的催化劑，具有高的氫吸附氧化催化活性和電化學(xué)穩(wěn)定性。

該催化劑的制備工藝為：

(1)根據(jù)文獻(xiàn)制備模板材料介孔氧化硅，以其為硬模板利用硬模板復(fù)制法制備介孔WO₃。

(2)取上述制備的介孔WO₃材料，于無水乙醇中超聲分散均勻后，按活性碳黑加入到無水乙醇溶液中，使得介孔WO₃，WO₃∶C的質(zhì)量比＝100∶5～100∶20，繼續(xù)超聲分散使二者均勻分散。

(3)超聲分散均勻得到介孔WO₃/C無水乙醇懸濁液在室溫下緩慢揮發(fā)掉乙醇，得到活性炭黑復(fù)合的介孔WO₃/C電催化劑。

本發(fā)明的特點(diǎn)在于：

以介孔WO₃與活性碳黑復(fù)合制備的介孔C/WO₃電催化劑，未使用鉑。該介孔C/WO₃催化材料具有高的氫電化學(xué)活性。

活性碳黑均勻復(fù)合于介孔WO₃中，介孔結(jié)構(gòu)保持規(guī)整，WO₃∶C的質(zhì)量比＝100∶5～100∶20。

該非鉑催化劑的制備條件簡單，催化劑的制備成本較低。

附圖說明

圖1為介孔氧化鎢的小角XRD圖譜和廣角XRD圖譜(插圖)，兩個(gè)小角峰和廣角XRD圖譜說明所制備的WO₃是有序的、墻壁晶化的介孔材料。

圖2為介孔氧化鎢的N₂吸脫附曲線以及對(duì)應(yīng)的孔徑分布曲線(插圖)，說明該氧化鎢具有介孔的特性。

圖3為介孔WO₃的透射電鏡照片及電子衍射圖譜(插圖)，說明該介孔材料的孔道結(jié)構(gòu)比較規(guī)整。

圖4為C復(fù)合的介孔WO₃(質(zhì)量比WO₃∶C＝100∶10)的透射電鏡照片。說明負(fù)載碳后介孔WO₃的孔道結(jié)構(gòu)保持較好。