[发明专利]一种碳化钨-镍-钯复合材料及其制备和在燃料电池中的应用

说明书

本发明公开了一种碳化钨‑镍‑钯复合材料及其制备和在燃料电池中的应用。所述碳化钨‑镍‑钯复合材料是以镍掺杂的碳化钨为基体，在基体表面负载钯；其通过如下方法制备：(1)将偏钨酸铵和硫酸镍的混合溶液进行结晶共混培养，沉淀物经干燥、煅烧得到镍化合物掺杂的氧化钨；将的氧化钨用氢氧化钠溶液进行造孔处理，干燥后的粉末在CO气氛下进行还原碳化，降温得到碳化钨/镍复合材料；(2)将碳化钨/镍复合材料投入含钯化合物溶液中进行置换反应，得到碳化钨‑镍‑钯复合材料。本发明制备步骤简单、成本低。本发明提供了碳化钨‑镍‑钯复合材料作为电催化剂在乙醇燃料电池阳极反应中的应用，其催化活性高、抗中毒能力明显增强。

(一)技术领域

本发明涉及一种碳化钨-镍-钯复合材料(Ni-WC/Pd)及其制备和应用，尤其是作为电催化剂在乙醇燃料电池阳极反应中的应用。

(二)背景技术

复合功能材料，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，在宏观上组成具有更优性能的材料。复合材料的优点在于各种材料在性能上可以互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料实现综合性能提升的效果，从而满足各种不同的要求。碳化钨(WC)是一种金属碳化物，其具有较高熔点和硬度、良好热稳定性、机械稳定性和很好抗腐蚀性等特点。此外，文献报道指出，WC在某些反应中具有类Pt的催化活性。然而，由于WC制备中存在高温碳化步骤，所以导致常规方法制备得到的催化剂颗粒尺寸较大，颗粒间团聚表较明显。钯(Pd)作为众多重要领域(有机合成、燃料电池、有机电合成等)中广泛应用的催化剂，因其较高的催化活性一直以来都备受关注。但与其它催化剂类似，纳米化(颗粒粒径降至纳米级别)以后的颗粒有着诸如团聚、稳定性不佳等诸多问题。因此，如何进一步提高Pd催化剂的性能、利用效率和使用寿命是该系列催化剂发展的关键问题。

结合复合材料的概念，通过镍掺杂来改变WC的晶体结构和性质，减小颗粒的尺寸，降低其在高温碳化过程中的团聚，同时使得载钯过程简化，能够更加便捷地整合两种材料的性质，并互相补充各自的不足，从而进一步增加性能体现，WC和Pd的复合材料有望使得两者能够最大化发挥各自的优良性能，进一步增强协同作用。

(三)发明内容

本发明的第一个发明目的是提供一种碳化钨-镍-钯复合材料(Ni-WC/Pd)，以提高碳化钨载钯材料的催化活性、稳定性和抗中毒能力。

本发明的第二个发明目的是提供一种碳化钨-镍-钯复合材料(Ni-WC/Pd)的制备方法，操作简单方便，制备成本低。

本发明第三个发明目的是提供一种碳化钨-镍-钯复合材料(Ni-WC/Pd)作为电催化剂在乙醇燃料电池阳极反应中的应用，以提高催化转化效率和催化剂使用寿命。

下面对本发明的技术方案做具体说明。

一方面，本发明提供了一种碳化钨-镍-钯复合材料，其是以镍掺杂的碳化钨为基体，在基体表面负载钯；所述碳化钨-镍-钯复合材料通过如下方法制备：

(1)将偏钨酸铵和硫酸镍按质量比5：1～3混合，加去离子水配制成溶液并搅拌使各组分充分混合，再进行结晶共混培养使晶体析出，沉淀物经干燥、煅烧得到镍化合物掺杂的氧化钨；将得到的氧化钨用氢氧化钠溶液在进行造孔处理，干燥后的粉末在一氧化碳气氛下采用程序升温-气固反应法进行还原碳化，碳化完全后降温得到碳化钨/镍复合材料；

(2)将碳化钨/镍复合材料投入含钯化合物溶液中进行置换反应，充分置换后得到碳化钨-镍-钯复合材料，所述碳化钨-镍-钯复合材料中钯含量为5～20wt％。

第二方面，本发明提供了一种碳化钨-镍-钯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：