碳纳米管负载碳化钨及其性能研究(4)
程序升温还原法是以过渡金属氧化物、烃和氢气为原料，使过渡金属氧化物在设定的温度下进行还原碳化，然后生成WC粉末。该方法常用的烃类化合物有甲烷、乙烷和乙烯，同时也可用CO、CO2作碳源，反应温度一般控制在400~1000℃，所制备的碳化钨粉末比表面积通常为5~200 m2/g。美国埃克森研究与工程公司采用该方法制得了比表面积为30~100 m2/g的WC和β-W2C粉末。
Stanford大学的Boudart等最早利用程序升温还原法合成了高比表面积的WC粉末[2]。他们通过过渡金属氧化物和碳化气体接触，采用缓慢的升温速率，通过热导池和气相色谱检测反应器出口气体的组成来确定反应的过程和终止反应，从而得到高比表面积的碳化物。由于所制得的WC粉末比表面积很高，在空气中极易发生燃烧，因此在暴露空气前要通入含有微量氧的惰性气体进行表面钝化。
1.3. 催化剂载体
作为燃料电池催化剂的载体需要符合具有合适的形状、尺寸和机械强度，以符合反应操作需要等条件。同时应满足载体可使活性组分均匀分散在载体表面上，以获得较高的比表面积从而提高单位质量活性组分的催化效率。载体还可阻止活性组分在使用过程中烧结，以提高催化剂的耐热性。有较强的抗腐蚀能力以防止反应过程中电解质对其腐蚀。在保证上述条件下良好的导电性、较低的电阻抗、价格相对合适、方便易得也是在选择催化剂载体时需要考虑的因素。
1.3.1. 碳纳米管（CNT）
常用的燃料电池催化剂载体一般分为两类：碳类材料和非碳类材料。本实验采用碳类材料，即不同粒径的碳纳米管作为载体。
碳纳米管( CNT) 具有优越的电学性能、明显的量子效应、大的比表面积、高稳定性和强吸附特性，是稳定复合材料制备的载体优秀候选材料。研究表明， 将Pt，Ru和Au纳米颗粒沉淀在CNT上，生成的复合材料的光催化性能要明显高于Pt，Ru和Au纳米颗粒。Pt/C催化剂中Pt金属粒子的载量对甲醇的电催化氧化有着明显的影响。
碳纳米管主要由吹冰边形碳环微结构单元组成的数层到数十层的同轴圆管，层片之间存在一定的夹角。它具有典型的层状中空结构特征。端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形的多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一文量子材料。层与层之间保持固定的距离，约为0.34 nm，直径一般为2～20nm。由于它独特的结构和物理化学性质，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值。
1.4. 研究课题内容及方案
1.4.1. 研究课题内容
本课题主要研究内容为运用热处理知识，化学、电化学理论基础以及文献检索能力，结合实验过程中的实际动手与独立解决问题的能力，理论与实践相结合，实现从前驱体的制备到燃料电池的电极制作的完整过程。同时通过程序升温还原法制备WCMHX（X=1、3、7、8）以及15%WCMH1与30%WCMHX（X=1、3）催化剂。在使用微波加热法将钯（Pd）负载到催化剂上之后通过电化学测试进行一系列检测，运用XRD、SEM等分析测出其表征。力求在简化过程降低成本的同时找到WC最佳含量与最佳性能表征的碳纳米管，使电氧化活性得到一定的提高。
1.4.2. 研究课题方案
以不同含量的偏钨酸铵（AMT）为前驱体，不同孔径多壁碳纳米管（CNT）为载体，采用程序升温还原法，在不同气氛，不同保温时间与保温温度等条件下，研究影响WC制备的影响因素，分析其转化机理，探讨不同催化剂之间的电化学性能差异，找到最佳实验方案。