[发明专利]一种WC-C载钯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种WC‑C载钯复合材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)用硝酸对活性炭进行氧化改性处理；(2)将硝酸处理后的活性炭超声分散于无水乙醇中形成混合液，再加入WCl₆后进行水浴搅拌，再冷却，洗涤，固液分离，干燥得到固体；(3)配制三氯化铁水溶液，并加入尿素得到混合溶液，将步骤(2)获得的固体投入混合溶液中，搅拌反应后固液分离、烘干得到固体；(4)将固体在富氢气氛下采用程序升温‑气固反应法进行还原碳化，碳化完成后降温得到Fe‑WC‑C颗粒；(5)将Fe‑WC‑C颗粒放入氯化钯溶液中进行置换反应，再进行固液分离并干燥得到WC‑C载钯复合材料。本发明提供了所述WC‑C载钯复合材料作为电催化剂在乙醇燃料电池中的应用。

(一)技术领域

本发明涉及一种WC-C载钯复合材料及其制备方法和作为电催化剂在乙醇燃料电池中的应用。

(二)背景技术

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

碳化钨(WC)是一种金属碳化物，具有类铂催化活性，因此在近些年来，多被用在催化剂及催化剂基体应用上。众多研究表明，碳化钨可被广泛地应用于电催化的众多领域，特别作为基体，其更能体现出与贵金属系列的活性金属的协同作用，从而提升复合材料的综合性能。钯金属，能够对甲醇、乙醇等小分子化合物进行很好的电催化氧化作用，通过钯和WC的复合，将对材料性能的提升有很好的潜在价值。如何利用利用更有调控空间的的工艺技术制备特殊结构的碳化钨载钯材料将是非常有价值的产品研究热点。

碳化钨与钯的复合，必须解决以下两个难点：第一个是碳化钨的团聚问题，因其在碳化过程的高温易导致颗粒的团聚问题；第二个是钯颗粒如何负载在碳化钨上，是否能形成稳定的结合结构，否则即使能够勉强组合，两者只是简单的叠加，其电子结构的影响几乎是微乎其微的，也谈不上复合材料的功能体现。

结合复合材料的概念，一个稳定结构的WC和高分散且结合稳定的钯纳米颗粒的复合有望使得两者能够互相弥补，进而进一步增加性能体现。因此，该类研究颇受材料研究人员的青睐，尤其是相关工程应用类的科研工作者。然而，既能够控制WC基体的颗粒大小，又能够协同控制表面钯的分布方式的制备方法仍然是具备挑战的。然而，现有报道中，载钯材料常见以液相硼氢化钠还原的方法制备(参考文献：ElectrochimicaActa,2017,247:674-684)，而液相硼氢化钠还原的方法所受影响因素太多，如硼氢化钠的浓度，pH值以及添加的速度和顺序都能影响金属钯的形貌和粒径，尤其在大规模制备中，难以解决钯的团聚现象，造成了对成本控制、工艺标准化控制的难度，使得大规模制备较为困难，也是符合材料制备的一道难题。

因此，制备条件简单、钯稳定分散且可控的复合催化剂是显著提高复合纳米催化活性的关键和重要途径。进一步的，如果能有效控制钯的分散，减少制备步骤，更可大幅度降低生产时间、能耗以及为此所产生的生产成本。

迄今为止，从未见到有关胶体辅助法制备WC-C载钯复合材料的报道。

(三)发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种WC-C载钯复合材料的胶体辅助制备方法，该方法制备的复合材料各组分间结合稳定，热稳定性好，WC-C载钯复合材料颗粒能达到纳米到微米级别的调控，以适应不同应用环境。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种WC-C载钯复合材料。

本发明要解决的第三个技术问题是提供所述WC-C载钯复合材料作为电催化剂在乙醇燃料电池中的应用。

下面对本发明的技术方案做具体说明。

第一方面，本发明提供了一种WC-C载钯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)用硝酸对活性炭进行氧化改性处理；