本文關(guān)鍵詞：碳化鎢-石墨烯插層復(fù)合物的制備及作為甲醇氧化助催化劑的性能研究（英文）

  更多相關(guān)文章： 碳化鎢-石墨烯 插層復(fù)合物 硫脲 錨定 甲醇氧化

【摘要】：直接甲醇燃料電池(DMFCs)作為一種環(huán)境友好、高效的新能源,對(duì)解決世界目前面臨的"能源危機(jī)"與"環(huán)境危機(jī)"這兩大問題有著至關(guān)重要的意義,具有較廣闊的應(yīng)用前景.目前,甲醇氧化催化劑仍然以Pt基為主,但是Pt價(jià)格昂貴,且容易受甲醇氧化中間產(chǎn)物的毒化,從而影響了DMFCs的商業(yè)化進(jìn)程.碳化鎢(WC)作為非貴金屬催化劑,在催化方面具有類鉑的性能.在WC上負(fù)載適量的Pt,可以通過兩者的協(xié)同效應(yīng)加強(qiáng)催化劑的抗CO中毒能力.但是,由于WC的導(dǎo)電性能不佳,比表面積較小,因此尋找合適的載體顯得尤為必要.在碳載體中,石墨烯(RGO)具有優(yōu)良的導(dǎo)電性以及獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu),是電催化劑的理想載體.以RGO為載體,WC為插層物質(zhì)制備的WC-RGO插層復(fù)合物具有化學(xué)穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率高且電化學(xué)活性面積大等優(yōu)勢(shì).但是,由于石墨烯表面光滑且呈惰性,同時(shí)使用傳統(tǒng)的碳化方法制備的碳化鎢顆粒較大,因此,制備較小顆粒且分散均勻的WC-RGO插層復(fù)合物具有較大難度.一般以偏鎢酸銨和氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)體制備WC-RGO插層復(fù)合物,但是由于偏鎢酸根和GO都帶負(fù)電,因此不能成功地將偏鎢酸根引入到石墨烯的片層結(jié)構(gòu)中,造成WC-RGO插層復(fù)合物組裝上的困難.本文采用硫脲成功地合成了具有高分散性WC納米顆粒插層在少層RGO里的WC-RGO插層復(fù)合物.硫脲((NH_2)_2CS)作為陰離子接受器,具有較強(qiáng)的結(jié)合陰離子形成穩(wěn)定復(fù)合物的能力,同時(shí)它也是合成具有片層結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫化物的原料之一.因此在WC-RGO插層復(fù)合物組裝過程中,硫脲既作為錨定及誘導(dǎo)劑,又是制備片層二硫化鎢(WS_2)的硫源.材料具體制備方法如下:首先利用浸漬法,將偏鎢酸根陰離子([H_2W_(12)O_(40)]~(6-))牽引到(NH_2)_2CS改性過的GO上形成[H_2W_(12)O_(40)]~(6-)-(NH_2)_2CS-GO前驅(qū)體;然后將前驅(qū)體放入管式爐中還原碳化,前驅(qū)體先反應(yīng)生成WS_2;由于WS_2自身的2D片層結(jié)構(gòu),反應(yīng)中可以得到WS_2-RGO插層復(fù)合物,接著原位碳化生成WC-RGO插層復(fù)合物.碳化鎢-石墨烯負(fù)載鉑電催化劑(Pt/WC-RGO)通過微波輔助法制得,并采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡及激光拉曼光譜等手段對(duì)其結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行了表征.結(jié)果顯示,在WC-RGO插層復(fù)合物中,WC的平均粒徑為1.5 nm,RGO的層數(shù)約為5層.在甲醇電氧化反應(yīng)中,相比于商用Pt/C催化劑,Pt/WC-RGO插層復(fù)合物催化劑具有更高的電化學(xué)活性面積(ECSA)和較高的峰電流密度(246.1 m~2/g Pt,1364.7 m A/mg Pt),分別是Pt/C的3.66和4.77倍.我們分別利用CO溶出伏安法、計(jì)時(shí)電流法及加速耐久性試驗(yàn)法驗(yàn)證了Pt/WC-RGO催化劑優(yōu)秀的抗CO中毒能力及穩(wěn)定性.Pt/WC-RGO催化劑特殊的插層結(jié)構(gòu),在增加WC與Pt接觸機(jī)會(huì)以加強(qiáng)協(xié)同作用的同時(shí),促進(jìn)了催化過程中質(zhì)量及電荷的轉(zhuǎn)移,因而具有比Pt/C更高的催化活性.可見,通過制備WC-RGO插層復(fù)合物可降低Pt用量,從而大大地降低燃料電池中電催化劑的成本.同時(shí),我們使用的是一種高效,可大批量生產(chǎn)納米材料的方法,有助于催化劑的商業(yè)化.
【作者單位】： 浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院綠色化學(xué)合成技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地;
【關(guān)鍵詞】： 碳化鎢-石墨烯 插層復(fù)合物 硫脲 錨定 甲醇氧化
【基金】：supported by the International Science & Technology Cooperation Program of China(2010DFB63680) the National Natural Science Foundation of China(21376220) Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China(LY16B060009,LY12B03008)~~
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【正文快照】： 1.Introduction Among the different types of fuel cells available,direct methanol fuel cells(DMFCs)are promising power sources for various applications,such as vehicles,cell phones,and laptops,because of their relatively low operating temperature and hig

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 殷憲國(guó);;α-磷酸鋯插層復(fù)合技術(shù)及其應(yīng)用[J];硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程;2013年06期

2 侯桂香;桑曉明;武鵬;徐海濤;馮菁;;高嶺土/咪唑插層復(fù)合物的制備與表征[J];中國(guó)陶瓷;2010年08期

3 陳潔渝,嚴(yán)春杰;煤系高嶺土/醋酸鉀插層復(fù)合物制備及意義[J];礦產(chǎn)保護(hù)與利用;2004年06期

4 孫明波,侯萬(wàn)國(guó),孫德軍,戴肖南;聚氧乙烯-粘土-堿金屬離子插層復(fù)合物作用機(jī)理研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2005年07期

5 楊慶泉,趙軍鋒,李齊方;物理插層復(fù)合在聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料制備中的應(yīng)用[J];工程塑料應(yīng)用;2004年04期

6 林U，

本文編號(hào)：683957