[發明專利]一種WC-C載鈀復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011367084.4
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112691687B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 陳趙揚;彭榮貴;褚有群;李靈童
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J35/00;B01J37/02;B01J37/03;B01J37/08;B01J37/18;H01M4/92
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

本發明公開了一種WC?C載鈀復合材料及其制備方法和應用。所述制備方法包括以下步驟：(1)用硝酸對活性炭進行氧化改性處理；(2)將硝酸處理后的活性炭超聲分散于無水乙醇中形成混合液，再加入WCl₆后進行水浴攪拌，再冷卻，洗滌，固液分離，干燥得到固體；(3)配制三氯化鐵水溶液，并加入尿素得到混合溶液，將步驟(2)獲得的固體投入混合溶液中，攪拌反應后固液分離、烘干得到固體；(4)將固體在富氫氣氛下采用程序升溫?氣固反應法進行還原碳化，碳化完成后降溫得到Fe?WC?C顆粒；(5)將Fe?WC?C顆粒放入氯化鈀溶液中進行置換反應，再進行固液分離并干燥得到WC?C載鈀復合材料。本發明提供了所述WC?C載鈀復合材料作為電催化劑在乙醇燃料電池中的應用。

(一)技術領域

本發明涉及一種WC-C載鈀復合材料及其制備方法和作為電催化劑在乙醇燃料電池中的應用。

(二)背景技術

復合材料，是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。

碳化鎢(WC)是一種金屬碳化物，具有類鉑催化活性，因此在近些年來，多被用在催化劑及催化劑基體應用上。眾多研究表明，碳化鎢可被廣泛地應用于電催化的眾多領域，特別作為基體，其更能體現出與貴金屬系列的活性金屬的協同作用，從而提升復合材料的綜合性能。鈀金屬，能夠對甲醇、乙醇等小分子化合物進行很好的電催化氧化作用，通過鈀和WC的復合，將對材料性能的提升有很好的潛在價值。如何利用利用更有調控空間的的工藝技術制備特殊結構的碳化鎢載鈀材料將是非常有價值的產品研究熱點。

碳化鎢與鈀的復合，必須解決以下兩個難點：第一個是碳化鎢的團聚問題，因其在碳化過程的高溫易導致顆粒的團聚問題；第二個是鈀顆粒如何負載在碳化鎢上，是否能形成穩定的結合結構，否則即使能夠勉強組合，兩者只是簡單的疊加，其電子結構的影響幾乎是微乎其微的，也談不上復合材料的功能體現。

結合復合材料的概念，一個穩定結構的WC和高分散且結合穩定的鈀納米顆粒的復合有望使得兩者能夠互相彌補，進而進一步增加性能體現。因此，該類研究頗受材料研究人員的青睞，尤其是相關工程應用類的科研工作者。然而，既能夠控制WC基體的顆粒大小，又能夠協同控制表面鈀的分布方式的制備方法仍然是具備挑戰的。然而，現有報道中，載鈀材料常見以液相硼氫化鈉還原的方法制備(參考文獻：ElectrochimicaActa,2017,247:674-684)，而液相硼氫化鈉還原的方法所受影響因素太多，如硼氫化鈉的濃度，pH值以及添加的速度和順序都能影響金屬鈀的形貌和粒徑，尤其在大規模制備中，難以解決鈀的團聚現象，造成了對成本控制、工藝標準化控制的難度，使得大規模制備較為困難，也是符合材料制備的一道難題。

因此，制備條件簡單、鈀穩定分散且可控的復合催化劑是顯著提高復合納米催化活性的關鍵和重要途徑。進一步的，如果能有效控制鈀的分散，減少制備步驟，更可大幅度降低生產時間、能耗以及為此所產生的生產成本。

迄今為止，從未見到有關膠體輔助法制備WC-C載鈀復合材料的報道。

(三)發明內容

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種WC-C載鈀復合材料的膠體輔助制備方法，該方法制備的復合材料各組分間結合穩定，熱穩定性好，WC-C載鈀復合材料顆粒能達到納米到微米級別的調控，以適應不同應用環境。

本發明要解決的第二個技術問題是提供一種WC-C載鈀復合材料。

本發明要解決的第三個技術問題是提供所述WC-C載鈀復合材料作為電催化劑在乙醇燃料電池中的應用。

下面對本發明的技術方案做具體說明。

第一方面，本發明提供了一種WC-C載鈀復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)用硝酸對活性炭進行氧化改性處理；