《有序介孔碳薄膜中碳化鎢的定向生長及其電催化性能》是依託南京航空航天大學，由何建平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：有序介孔碳薄膜中碳化鎢的定向生長及其電催化性能
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何建平
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳化鎢是一種非鉑型催化劑，尤其是與導電的碳複合後，可用於質子交換膜燃料電池的催化還原和催化氧化反應，但碳化鎢的形貌和結構極大地影響其電催化性能。本項目提出利用介孔碳的有序結構，製備具有特定形貌與結構的低維納米碳化鎢，提升碳化鎢的電催化性能。嘗試以低聚合度的高分子材料為碳源，矽鎢酸、磷鎢酸等為鎢源，添加定向生長助劑，嵌段共聚物為介孔結構導向劑，用旋塗法經高溫熱解製備碳化鎢/有序介孔碳複合薄膜。研究介孔結構以及鎢源、熱解溫度、定向生長助劑等對碳化鎢形貌的影響，探索介孔結構中低維納米碳化鎢的定向生長規律。系統考察碳化鎢/有序介孔碳複合薄膜以及負載貴金屬後的電催化性能，建立碳化鎢的形貌、結構與其電催化性能的對應關係。本項目所取得的結果將促進低成本、較高活性的質子交換膜燃料電池催化劑的發展。
結題摘要
質子交換膜燃料電池的電催化活性物質目前主要以鉑、鈀、釕及其合金為主，由於這些貴金屬價格昂貴，使用成本較高，因而極大地刺激了電催化活性物質的“低鉑”和“非鉑”化研究。碳化鎢是一種“非鉑”型催化劑，具有類鉑電子排布方式，在與碳材料複合後有望成為質子交換膜燃料電池潛在的實用催化劑。 本課題緊密圍繞碳化鎢主題，探索了碳化鎢及其複合物的形成機制和催化機理。主要創新點為：（1）通過溶劑誘導自組裝的方法，可控制備了氧化鎢/介孔碳複合薄膜，研究了氧化鎢在介孔碳中的定向生長機制； （2）在合成氧化鎢/介孔碳的基礎上通過原位引入過渡金屬Fe、Co源，發現在較低的溫度下（~700 oC）過渡金屬會與鎢形成雙金屬碳化物中間體，經酸洗後就能獲得碳化鎢/介孔碳複合材料，且介孔結構保持了較好的有序性； （3）通過過渡金屬鐵的催化誘導，合成了多孔鐵鎢碳材料，其活性物質主要為WC和Fe3W3C，且這些活性納米顆粒被包裹在石墨化薄碳層中，在WC和Fe3W3C協同催化作用下，該活性物質具有優異的氧還原電催化性能和循環穩定性； (4)通過採用軟模板法製備了多孔鈷鎢碳材料，熱解還原後的金屬鈷提高了材料的石墨化程度，在具有類鉑表面特性的碳化鎢和鈷協同作用下，該材料具有優異的氧還原催化活性和循環穩定性； （5）在合成氧化鎢/介孔碳的基礎上引入N源，製備了氮化鎢/有序介孔碳複合材料，並通過複合過渡金屬鈷或鎳，得到了氮化鎢-鎳有序介孔碳複合材料和氮化鎢-鈷/有序介孔碳複合材料，該過渡金屬與氮化鎢協同作用，使複合材料具有優異的氧還原電催化活性； （6）通過溶劑誘導自組裝法製備了鈀鈷與摻氮介孔碳複合催化劑，該材料具有三維多孔結構，鈀鈷以合金形式存在，為氧還原反應提供活性位點，具有優異的氧還原催化性能、穩定性以及耐甲醇能力。
