[发明专利]介孔碳-碳化钨复合材料载铂催化剂的制备方法

说明书

本发明的介孔碳‑碳化钨复合材料载铂催化剂的制备方法属于无机材料制备技术领域。所述的制备方法有钨电极制备、充气、开启等离子体加热反应、收集产物、铂负载等步骤。本发明具有制备工艺简单、制备时间短、制备过程绿色、产量大和制备成本低等优点，一步法制备介孔碳‑碳化钨纳米球复合结构，极大地减少了碳化钨纳米颗粒的团聚现象，制备的碳化钨纳米球颗粒细小，粒径分布窄，结晶性好，单分散性好，制备的复合催化剂的协同效应和结构效应进一步提升了催化性能和抗氧化性能。

技术领域

本发明属于无机材料制备技术领域，具体来说，涉及一种介孔碳-碳化钨复合材料载铂催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，作为替代贵金属铂可应用于甲醇燃料电池的碳化钨材料引起人们的高度关注，这是由于碳化钨具有与贵金属铂相似的表面电子结构，因此在一些电化学反应中展现出奇特的类铂催化活性。已有研究表明，除了其价格低廉外，碳化钨作为阳极催化剂的主要优势在于它不仅具有与铂、钯等贵重金属可比拟的催化性能，而且还具有良好的导电性和很强的耐酸性及不易被一氧化碳毒化的优点。因此，碳化钨有望成为理想的电催化材料应用于电化学领域。然而，目前国内外研制的碳化钨粉体的催化活性仍远低于铂等贵金属催化剂，在碳化钨电极上氢氧化反应的速率常数要比铂小2个数量极，离实际应用还存在较大差距。

由于材料的结构(包括材料的形貌、结晶性、尺寸等)在很大程度上决定了其物理和化学性能，所以碳化钨材料的催化活性可以通过进一步减少其粒径尺寸来实现，这是由于纳米级超微粒子具有更高比例的表面原子和比表面积。然而，随着碳化钨颗粒尺寸的减少，纳米尺寸的颗粒容易发生团聚现象，从而造成活性降低。

到目前为止，报道的碳-碳化钨复合材料的制备方法基本上局限于“高能球磨法”、“高温固相法”、“浸渍法”、“化学气相沉积法”、“水热法”、“硬模板法”和“软模板法”等或者这几种方法相结合，上述方法均存在不同程度的不足。主要表现在上述实验制备方法步骤复杂，制备程序繁琐、制备过程不友好和耗时，大部分还需要后续处理工艺造成制备成本较高等，不利于工业化大规模生产。虽然Pak等人(Int.Journal of Refractory Metals andHard Materials 48(2015)51–55)借助新颖的放电等离子技术制备了碳化钨炭复合结构，但其除了产量小等缺点外，还存在碳化钨颗粒尺寸较大(尺寸分布峰值在20～30nm)，甚至还有几百纳米的颗粒出现，极大地影响了催化性能。因此，如何采用简单易行的方法制备出碳化钨分散性好、物相单一、孔径可调的介孔碳-碳化钨复合材料，特别是将其尺寸控制在20nm以内，从而进一步提高其比表面积和改善其有序多孔特性，这对促进碳化钨在催化材料中的应用显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术制备介孔碳-碳化钨复合材料的方法存在的不足，提供一种制备工艺简单、可工业化大规模生产的介孔碳-碳化钨纳米球-铂复合催化剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种介孔碳-碳化钨纳米球-铂复合催化剂的制备方法，步骤有：

(1)钨电极制备：将钨片加工成同轴磁控等离子加速器系统装置的电极片，再经标准半导体硅片清洗工艺清洗后，将其组装在同轴磁控等离子加速器系统装置中充当反应物的钨源，系统自带的石墨电极为正极，充当反应物的碳源；

(2)充气：将同轴磁控等离子加速器系统装置中的反应腔体抽真空后，充入纯度为99.99％的氩气，待系统气压恢复到1个大气压后，停止充气；

(3)开启等离子体加热反应；使钨电极表面与碳进行反应；

(4)收集产物：待反应结束系统温度冷却到室温以后，打开阀门，从反应腔体和电极片上收集反应产物，得到介孔碳-碳化钨纳米球复合材料；