载铂碳化钨蒙脱石复合材料微纳结构与电催化性能关联性研究

蒙脱石具有表面电负性强、比表面积大和吸附性强等特性，经剥离获得纳米尺度片层，将钨离子基团自组装到其表面，经还原碳化成以碳化钨为壳，蒙脱石为核的复合材料，再将铂负载于其表面，构成具有三明治式核壳结构且铂分散于碳化钨壳层表面的纳米复合材料，采用粉末微电极和空气扩散电极方法，应用循环伏安、交流阻抗和电化学现场红外等技术测试复合材料对甲醇阳极氧化和硝基化合物阴极还原的电催化活性，并与碳载铂催化剂进行对比。利用蒙脱石特性进行核壳结构自组装；利用核壳结构特性增加碳化钨的比表面积和类铂催化活性；利用碳钨键特性增强铂的分散性及铂与碳化钨之间的结合力，提高铂催化效率；利用碳化钨与铂的协同效应和碳化钨独特的性能提升复合材料的抗中毒能力、耐久性和稳定性。总之，充分发挥蒙脱石、碳化钨和铂的长处，利用核壳结构特性提升复合材料的电催化活性与应用性能，研究复合材料微纳结构与催化性能关系，为替代碳载铂催化剂探索技术途径。

一、项目的背景.在催化作用过程中，碳化钨具有类铂催化性能，还具有良好的耐酸性、导电性，较强的抗CO、烃类及H2S中毒能力等优点，但其催化活性远低于铂等贵金属催化剂。因此，提高碳化钨类铂催化活性是其替代铂贵金属催化剂，并其走向实际应用的关键，也是开展碳化钨及其复合材料研究的最终目标。.二、主要研究内容.利用蒙脱石纳米尺度层状晶体的特性自组装成钨离子基团包裹蒙脱石的三明治式核壳结构，将钨离子基团还原碳化成碳化钨，再将铂负载到碳化钨表面，最终构成以碳化钨为壳，蒙脱石为核，具有三明治式核壳结构且铂分散于碳化钨壳层表面的纳米复合材料，系统测试电催化性能，分析研究复合材料微纳结构与电催化性能的关联性。.三、重要结果与关键数据.（1）以氯化锂为剥离剂，采取水浴法剥离的蒙脱石（MMT）分散性良好，MMT（001）晶面的衍射峰峰位（2θ）向左偏移了1.2°，相应的晶面间距增大了0.27 nm，层厚度5-10 nm，边缘发生了卷曲。.（2）调节还原碳化时间可控制WC 与W2C 的比值；调节钨与蒙脱石比例，可控制碳化钨纳米颗粒在蒙脱石表面的分散性，也可控制复合材料的结构，并获得具有“三明治式”核壳结构的复合材料。.（3）铂源和还原方法对铂在复合材料中的分散性有明显的影响，以H2为还原剂得到的样品活性较高，表面被氧化成WO3；以NaBH4为还原剂得到的样品，其Pt颗粒分布于WC/MMT表面。.（4）WC/MMT样品对甲醇和对硝基苯酚（PNP）均具有良好的电催化活性，且蒙脱石与碳化钨存在明显的协同效应；当还原碳化时间为5 h时，样品中碳化钨的物相为WC，对甲醇的电催化活性最强；当还原碳化时间为6 h时，样品中碳化钨的物相为WC+W2C，对PNP的电催化性能最好。.（5）Pt-WC/MMT对甲醇具有良好的电催化活性。较载铂前，样品对甲醇的电催化氧化峰电流增大，峰电位正移，这与WC和Pt之间的协同效应有关。.（6）项目资助发表学术论文30多篇，申请发明专利6项，获得授权2项。.四、科学意义.蒙脱石是碳化钨良好的载体，不仅可分散碳化钨纳米颗粒，也可构成负载层状结构，形成良好的“三明治式”核壳结构；两者具有良好的协同效应，复合后可获得具有类铂催化性能的电催化材料；载铂后复合材料的性能地进一步提升，且优于碳载铂电催化材料。这为提升碳化钨基催化材料的类铂催化活性奠定了坚实基础。