專利名稱：一種介孔C/WO₃電催化劑及其制備方法
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，屬于無機能
源材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種可更新的綠色能源系統(tǒng)，對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，被認為是
21世紀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、啟動快、能量轉(zhuǎn)換效率高等特點，適合于電動汽車、 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、 Rii等。鉑系金 屬的價格昂貴，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
料電池工作者重點努力的方向。介孔材料由于其獨特的高比表面積、 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)學等領(lǐng)域，近來產(chǎn)生的以介孔
氧化硅為硬模板制備無機金屬氧化物(W03、 Ce02等)的技術(shù)，將 進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 形成一種導電的氫鎢青銅型(HxW03)化合物，該化合物具有特殊的 氫吸附氧化電化學性能，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，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道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供介孔C/W03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W03與活性碳復合的催 化劑，具有高的氫吸附氧化催化活性和電化學穩(wěn)定性。
該催化劑的制備工藝為 (1)根據(jù)文獻制備模板材料介孔氧化硅，以其為硬模板利用硬
模板復制法制備介孔W03。
(2) 取上述制備的介孔W03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W03， W03: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W03/C無水乙醇懸濁液在室溫下緩 慢揮發(fā)掉乙醇，得到活性炭黑復合的介孔W03/C電催化劑。
本發(fā)明的特點在于
以介孔W03與活性碳黑復合制備的介孔C/W03電催化劑，未使用 鉑。該介孔C/W03催化材料具有高的氫電化學活性。
活性碳黑均勻復合于介孔W03中，介孔結(jié)構(gòu)保持規(guī)整，W03: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。


圖1為介孔氧化鉤的小角XRD圖譜和廣角XRD圖譜(插圖)， 兩個小角峰和廣角XRD圖譜說明所制備的W03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W03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復合的介孔W03 (質(zhì)量比WO3:C400:10)的透射電鏡照
片。說明負載碳后介孔W03的孔道結(jié)構(gòu)保持較好。
圖5和圖6為實施例中所制備的介孔C/WO3電催化劑在0.5MH2SO4 溶液中電化學測試所對應(yīng)的CV曲線，a)為實例l中制備的介孔W03; b)為實例2中WO3:C^00:5; c)為實例3中WO3:C^00:10; d)為實例4 中WO3:C^00:15; e)為實例5中WO3:C=100:20; f)為實例6中 W03:O100:30; g)為現(xiàn)在商用的20wt。/。Pt/C催化齊lJ; h)為純碳黑的CV 曲線。
具體實施例方式
以下通過實施例進一步說明本發(fā)明，但并非僅限于實施例。 實施例1
根據(jù)文獻制備模板材料介孔氧化硅KIT-6，利用硬模板復制法制 備介孔W03，即將磷鎢酸以醇溶液的形式注入模板材料中，揮發(fā)乙 醇后在50(TC進行熱處理，經(jīng)HF溶液去除模板、離心洗滌和真空干 燥后得到介孔W03主體材料，未加入活性碳時的XRD如圖1所示， 氮氣吸附曲線如圖2，透射電鏡照片如圖3所示。比表面積為82 m2 g"， 孔道結(jié)構(gòu)規(guī)整，電化學曲線如圖5中a線所示。
實施例2
取實例1中所制備的介孔WO3材料0.2g，置于無水乙醇中超聲分 散15分鐘分散均勻后，加入活性碳黑，使二者的質(zhì)量比為100:5，繼 續(xù)超聲分散0.5小時后，在室溫下緩慢揮發(fā)掉乙醇即得到介孔C/W03 電催化劑。電化學曲線如圖5中的b線所示。
實施例3
所用的介孔W03材料的制備同實例1，改變加入活性碳黑的量，
二者的質(zhì)量比為100:10，其余操作同實例2，得到C復合的介孔W03 電催化劑。其透射電鏡照片如圖4所示，孔道結(jié)構(gòu)仍然保持較規(guī)則。 電化學曲線如圖5的中c線所示。
實施例4
所用的介孔W03材料的制備同實例1，改變加入活性碳黑的量， 使二者的質(zhì)量比為100:15，其余操作同實例2，得到C復合的介孔 W03電催化劑。碳黑與介孔W03均勻的分散在一起。電化學曲線如 圖5中的d線所示。
實施例5
所用的介孔W03材料的制備同實例1，改變加入活性碳黑的量， 使二者的質(zhì)量比為100:15，其余操作同實例2，得到介孔C/W03電催 化劑。電化學曲線如圖5中的e線所示。
實施例6
在例1的介孔W03中加入活性碳黑，二者的質(zhì)量比為100:30，其 余操作同例2，介孔C/W03電催化劑。電化學曲線如圖5中的f線所
權(quán)利要求
1、一種介孔C/WO3電催化劑，其特征在于活性碳黑均勻復合于介孔WO3中，介孔結(jié)構(gòu)保持規(guī)整。
2、 按權(quán)利要求1所述的一種介孔C/W03電催化劑，其特征在于 W03:C的質(zhì)量比二100:5 100:20。
3、 按權(quán)利要求2所述的一種介孔C/W03電催化劑，其特征在于 W03:C的質(zhì)量比=10:1。
4、 按權(quán)利要求1或2或3所述的一種介孔C/W03電催化劑的制備方法(1 )采用介孔氧化硅硬模板利用硬模板復制法制備介孔W03;(2) 取上述制備的介孔W03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W03， W03:C的質(zhì) 量比=100:5 100:20，繼續(xù)超聲分散使均勻分散；(3) 超聲分散均勻得到介孔W03/C無水乙醇懸濁液在室溫下緩 慢揮發(fā)掉乙醇，得到介孔C/W03電催化劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種介孔C/WO₃電催化劑及其制備方法，屬于無機能源材料領(lǐng)域。本發(fā)明的催化劑是以介孔WO₃為主體，負載適量活性碳后形成新型電催化劑，未使用傳統(tǒng)技術(shù)中的金屬鉑，其制備是通過介孔氧化硅的硬模板復制法制備高比表面的介孔WO₃，然后將活性碳與其在無水乙醇溶液中混合超聲分散，室溫下緩慢揮發(fā)掉乙醇得到碳復合的介孔C/WO₃電催化劑。本發(fā)明的催化劑在酸性溶液中對氫的脫附氧化活性可與現(xiàn)有商用的20wt％Pt/C催化劑相比擬，本發(fā)明可以明顯降低電池催化劑的制備成本。
文檔編號B01J23/30GK101181679SQ200710047780
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者崔香枝, 張玲霞, 施劍林, 陳航榕 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所