铂催化剂TEM和粒径分布
直接甲醇燃料电池(DMFC)具有高效、低排和便捷等优点, 是未来主要的替代能源之一。但是纯铂(Pt)催化剂价格昂贵, 并且容易被甲醇氧化的中间产物毒化而降低活性, 因此开发新的低成本高效能的催化材料代替或降低Pt的用量显得至关重要。
自从1973年Levy等发现碳化钨(WC)具有与Pt相似的表面电子结构以来, WC作为一种潜在的能够替代Pt族贵金属的催化材料而被广泛研究。最近研究发现, WC的热稳定性和电化学稳定性优于目前普遍使用的碳载体材料, 且WC与Pt等贵金属之间存在良好的协同效应。因此, 以WC为载体的Pt基催化剂引起了人们的关注, 但是WC的比表面积小, 不利于活性成分的分散。盛江峰等通过碳化还原技术结合浸渍法制备了介孔Pt/WC催化剂, 用该催化剂制备的电极对析氢反应具有一定的电催化活性, 但由于该催化剂介孔WC的孔径较大(约 200nm), 且负载的Pt颗粒的粒径较大(约15nm), 对电化学性能的提高不是很明显。陈赵扬等采用碳化还原并结合气相还原法制备的介孔Pt/WC催化剂也具有一定的电催化还原活性, 但是其中的Pt颗粒较大且团聚比较严重, 一定程度上限制了其进一步的应用。
浙江工业大学胡仙超等人采用硬模板法制备了介孔碳化钨(m-WC), 进一步还原铂的前驱体(H2PtCl6)得到Pt/m-WC催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对样品的物相、结构和形貌进行了表征。结果表明, 所制得的m-WC载体为单一的碳化钨相, 孔径为10~20nm, Pt/m-WC催化剂中Pt的粒径约为3.4nm, 主要以金属态形式存在, 相对比较均一的Pt纳米粒子均匀地分散在载体的表面和孔道中。电化学测试结果表明, 与普通WC载Pt催化剂(Pt/c-WC)相比, Pt/m-WC催化剂具有较大的电化学活性表面积, 对甲醇呈现出更高的电催化氧化活性和更好的稳定性。