[發明專利]一種WC/WO3

有效

• 申請號: 201711004622.1
• 申請日: 2017-10-22
• 公開（公告）號: CN107706429B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 周陽
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 南寧新途專利代理事務所(普通合伙) 45119
• 代理人: 周善勇

本發明提供一種WC/WO₃核殼結構電催化劑及其制備方法，所述方法包括以下步驟：(1)配制偏鎢酸銨水溶液進行噴霧造粒，得到樣品A；將樣品A進行燒結得到具有中空介孔結構的WO₃微球；(2)將WO₃微球在CO/H₂氣氛下，燒結后，冷風降溫；然后取出所得物即為WC/WO₃中間物；(3)將WC/WO₃中間物放入真空高純氧燒結后自然冷卻即得WC/WO₃核殼結構電催化劑。本發明采用偏鎢酸銨前驅體先高溫制備成氧化鎢，再將氧化鎢顆粒表面還原成碳化鎢形成核殼結構，使表面氧化除去表面的積碳，制取中空介孔結構的WC/WO3核殼結構電催化劑。本發明催化劑工藝簡單，進一步提高對甲醇氧化和氧還原反應的電催化性能。

【技術領域】

本發明屬于電化學催化劑合成技術領域，具體涉及一種WC/WO₃核殼結構電催化劑制備方法。

【背景技術】

隨著石油資源的枯竭和生態環境的日益惡化，發展新能源汽車代替傳統燃油汽車成為世界各國研究開發的熱點領域。自從2016年豐田Mirai和現代ix30燃料電池汽車推向市場以來，質子交換膜燃料電池(PEMFC)技術受到人們廣泛關注，可是作為PEMFC的關鍵電極材料商業鉑碳催化劑，仍然存在貴金屬價格高、常溫易中毒和碳載體易氧化等缺點，因此，開發廉價高性能的燃料電池催化劑具有重要的科學意義與實際應用價值。碳化鎢(WC)作為一種潛在的能夠替代Pt族貴金屬催化材料而被廣泛研究。但是WC的電催化活性與貴金屬Pt相比還有很大差距，主要是因為在WC制備過程中表面積碳現象嚴重，導致其類鉑催化活性嚴重下降。

因碳化鎢(WC)表面電子層與鉑(Pt)相類似，在某些反應中具有類Pt的催化活性，除了在硬質合金領域以外，碳化鎢作為一種性能優良的非貴金屬催化材料的應用也備受關注。上世紀六十年代起就陸續報道其對環己烷脫氫、乙苯脫氫制苯乙烯等反應中具有良好的催化活性。碳化鎢不僅具備替代鉑等貴金屬催化劑的潛力，而且還有很強的耐酸性和很好的熱穩定性，這使得其作為高性能的催化劑成為可能。

在各種催化反應中，固體催化劑的應用非常廣泛，而且固體催化劑的各方面性能都決定著反應轉化效率。碳化鎢也是固體催化劑的一種。隨著納米科技的發展，顆粒細化成為了一個提高催化劑性能的主要方向，但由于顆粒的細化所造成的產品和催化劑分離的成本卻不斷增加。而制備介孔材料是一個提高催化劑性能比較有效的方法。所以介孔碳化鎢是一個比較有潛在應用價值的研究方向。催化劑的結構經常會影響催化性能的體現，合適的結構能提高反應表面，并且提升有效表面利用率。這就對碳化鎢催化劑的設計提出了更高的要求。由于碳化鎢的高硬度、高熱穩定性等特性，使得碳化鎢材料成型以后再進行結構改造變的非常困難。因此，如果在制備過程中能控制前驅體的結構和組成成分，將對特殊碳化鎢催化劑的研究提供非常大的幫助。設計前驅體的結構和成分，再通過先進的氣固反應進行碳化能夠使前驅體的結構組成和形貌得到較好的保存，從而得到預期結構的碳化鎢。

偏鎢酸銨作為碳化鎢最為重要的前驅體，有著無污染、使用方便等優點，在作為鎢源的應用已較為廣泛。對偏鎢酸銨的再設計，可實現對前驅體的摻雜，控制前驅體的結構和成分組成，在此前提下能有效地控制碳化過程中的顆粒硬團聚。碳化方面，氣固反應由于碳化迅速且分布均勻等優點被廣泛接受，其主要是以固態前驅體為固定相，高溫氣氛為流動相對前驅產物進行碳化，此碳化步驟能極好地保持前驅體的形貌，并且在一定程序升溫過程中逐步去除反應顆粒中的可揮發成分，從而降低顆粒間的碰撞機率，得到分散好、孔隙發達的碳化鎢材料。

公開號CN102070143B“一種介孔空心球狀碳化鎢制備方法”公開的是直接從偏鎢酸銨一步固相制取碳化鎢的過程，其制取的碳化鎢具有很好的耐酸堿和較好的催化性能，但是一步制取的方法容易導致碳化鎢表面積碳嚴重，對后續催化的能力產生比較大的影響，導致催化性能不穩定。

【發明內容】