[發明專利]高比表面積碳化鎢微球與負載型催化劑及它們的制備方法

無效

• 申請號: 200810218599.0
• 申請日: 2008-10-23
• 公開（公告）號: CN101417243A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 沈培康;王毅;宋樹芹
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J35/08
• 分類號: B01J35/08;B01J35/10;B01J32/00;B01J27/22
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及材料科學領域，具體涉及一種高比表面積碳化鎢微球的制備方法及以碳化鎢微球為載體的負載型催化劑。

背景技術

早在1781年Scheele首次發現碳化鎢，直到一百多年以后Henri?Moissan才用人工的方法合成出了碳化鎢。碳化鎢是碳原子填隙到鎢晶格內形成的間隙化合物，這種碳化物材料具有獨特的物理和化學特性。它們的特性綜合了共價化合物、離子晶體和過渡金屬三種類型材料的性質。它們具有共價化合物的高強硬度和脆性，具有離子晶體的高熔點和簡單晶體結構的特點，而它們的電和磁特性又和金屬相似[Jiang?G.J.，et?al.Ceramics?Inter.，2004(30)：185-190；Liang?C.H.，et?al.Chem.Mater.，2003(15)：4846-4853.]。碳化鎢的特性使得它在材料學中有廣泛的應用。

自從Levy和Boudar[Levy，R.L.，Boudart，M.，Science1973(181)：547-549.]首次披露碳化鎢與鉑在催化方面的相似性之后，碳化鎢的催化性質引起學術界很大的興趣。碳化鎢首次被應用為烷烴異構化催化劑，此反應是一個典型的貴金屬催化的反應[Santos?J.B.O.，et?al.J.Catal.，2002(210)：1-6.]。迄今為止，對碳化鎢應用為催化劑已經有了廣泛的實驗和理論研究，證明其在一系列第八族貴金屬催化的反應中具有很好的催化性能。在燃料電池電催化領域，已有文獻報道了碳化鎢在質子交換膜燃料電池中作為陰、陽極催化劑的研究工作。對碳化鎢負載的貴金屬納米粒子作為催化劑的興趣在于它除了具有更好的電催化性能外，還不易被CO毒化。McIntyre研究了氫氣在碳化鎢上的電化學氧化，證明CO幾乎不會影響這一反應[McIntyre?D.R.，et?al.，J.Power?Sources，2002(107)：67-73；277-279]。Shen等研究了碳化鎢增強的鉑碳催化劑的氧還原電催化性能，結果發現該催化劑能有效地降低氧還原反應的過電位，并且提高了鉑的利用率[Meng?H.，Shen?PK.，Chem.Commun.，2005，4408]。這些研究結果顯示用貴金屬修飾的碳化鎢在質子交換膜燃料電池中作為陰、陽極催化劑都很有可能得以廣泛應用。

一般商品碳化鎢的比重大、顆粒度大，不適合用作催化劑材料，而碳化鎢的催化性能與其表面結構有很大關系，表面結構較大地受到制備工藝的影響。傳統的碳化鎢制備工藝繼承于冶金工業，主要包括以下兩種方法：

1)由高溫固相法

該方法是在還原性氣氛中將鎢粉、氧化鎢粉或鎢礦石和一定比例的碳粉直接混合，在高溫下反應生成碳化鎢。這種方法，所需反應溫度通常很高(高于1500K)，而且所得的產物具有很低的比表面積，這些工業碳化鎢材料非常不適合用作催化劑材料[Hatano?Y.，et?al.J.NuclearMater.，2002(307-311)：1339-1343；WelhamN.J.，Mater.Sci.Eng.，1998(A248)：230-237]。

2)高溫氣—固相反應法

該方法是將鎢粉或鎢的氧化物前驅體和含碳氣體和氫氣的混合氣在高溫下反應[SantosJ.B.O.，et?al.J.Catal.，2002(210)：1-6.]，這一方法所制備的碳化鎢的比表面積較高溫固相法有所提高，但仍不能完全滿足催化材料的要求。

因而，為了適應碳化鎢在催化材料方面的應用要求，開發制備納米級碳化鎢的新方法、新工藝，以進一步提高其比表面積，對促進碳化鎢在催化材料中的應用顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種高比表面積碳化鎢微球及其制備方法，還提供了利用所制得的高比表面積碳化鎢微球為載體負載活性組分制備負載型電催化劑的方法，本發明的目的通過如下技術方案實現。

本發明所述的高比表面積碳化鎢微球的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用合適的碳源和鎢源，通過水熱法合成碳化鎢微球前驅體；

(2)在還原氣氛下，高溫處理(1)所得碳化鎢微球前驅體得碳化鎢微球。

上述的高比表面積碳化鎢微球的制備方法中，步驟(1)中的碳源為蔗糖、淀粉、葡萄糖、糠醛其中的一種或一種以上混合物。

上述的高比表面積碳化鎢微球的制備方法中，步驟(1)中的鎢源為偏鎢酸胺、過鎢酸其中的一種或一種以上混合物。