高导电率氧化钨纳米纤维载铂催化剂的可控合成及电催化性能研究

Tungsten trioxide (WO3) has the advantages of special electrochemical properties and insolubility in acid solution, which is considered as one of the excellent fuel cell carriers. Unfortunately, WO3 has a low specific surface area and electric conductivity, which limits its application in the direct methanol fuel cell (DMFC)..Tungsten oxide (WO2) possesses metallic conductivity due to oxygen vacancy defects in the lattice and the strong metal-metal bonding inherent to the crystal structure of WO2. We design a core-shell structure catalyst which is composed by WO3 nanofiber as nuclear and Pt + WO2 as shell by combining electrostatic spinning with in situ reduction technology. The performances of methanol electro-oxidation and oxygen reduction are improved by designing and controlling microstructure, chemical composition and valence state of Pt and WO2 shell, which will solve the key scientific problems of WO3 above mentioned.

三氧化钨（WO3）具有特殊的电化学性质和在酸性溶液中稳定性高等优点，被认为是优良的燃料电池催化剂载体之一。但是WO3作为催化剂的载体存在导电性能差和比表面积小等缺点, 以上限制了其在直接甲醇燃料电池（DMFC）中的应用。.二氧化钨（WO2）分子中具有强烈的金属-金属键作用，使其具有类似于金属的导电性质。本项目拟采用静电纺丝和原位还原技术相结合，合成具有核壳结构的WO2/WO3纳米纤维，通过对Pt + WO2壳层的微结构、化学组成和价态的设计与控制，提高Pt-WO2/WO3催化剂对甲醇氧化和氧还原反应的电催化性能，有效解决目前WO3载体导电性能差和比表面积低等关键问题。

三氧化钨（WO3）具有特殊的电化学性质和在酸性溶液中稳定性高等优点，被认为是优良的燃料电池催化剂载体之一，可是WO3作为催化剂的载体存在导电性能差和比表面积小等缺点，以上限制了其在直接甲醇燃料电池（DMFC）中的应用。本项目一方面通过对WO3表面微结构、化学组成和价态设计与控制，提高了催化剂对甲醇氧化反应的电催化性能，另一方面通过添加石墨烯有效改善了WO3复合催化剂的电催化性能。同时还拓展研究冷冻干燥方法制备CNTs-GR气凝胶，该研究成果为制备高性能DMFC催化剂提供了一种新方法。研究成果共发表SCI和EI论文9篇，其中TOP期刊论文3篇。培养硕士研究生2名，项目组成员赴国内进行学术交流2次。在项目执行中取得的主要代表性成果如下：1）首次采用喷雾干燥法和原位还原技术合成了具有核壳结构的WO2/WO3微球，具有导电性能的WO2修饰添加能加快电化学反应过程中电子转移速率，提高了Pt-WO2/WO3催化剂对甲醇电催化性能；2）在上述研究基础上，采用喷雾干燥技术合成了具有三维结构的石墨烯(NRGO)和WO3复合材料，在其表面进一步负载活性成分Pd而得到Pd/NRGO-WO3催化剂。研究结果发现WO3微球表面少量的石墨烯存在能有效提高其对甲酸的电催化性能；3）通过冷冻干燥方法制备了轻质、平整和易切削的CNTs-GR气凝胶，同时研究作为超级电容器和直接甲醇燃料电池载体对甲醇的电催化性能。