氧化鎢和碳化鎢納米纖維的電紡法制備及其電催化性能.pdf

1、碳化鎢(WC)和氧化鎢(WO3)都具有多方面的功能特性,因而具有重要的應用潛力。WC由于其表面電子結構與鉑類似,作為催化劑在許多化學反應中都表現(xiàn)出良好的催化活性;特別是作為燃料電池陰極氧還原催化劑展現(xiàn)了明顯的催化活性和很強的抗 CO毒化能力,有可能替代貴金屬成為一種廉價的燃料電池催化劑。WO3由于其獨特的氣敏性質、優(yōu)良的場發(fā)射性質以及光催化活性,使得其在氣體傳感器、場發(fā)射器件和光催化劑等方面都有很好的應用潛力;同時WO3作為燃料電池陽極

2、催化劑也顯示了明顯的催化活性,具有良好的應用前景。本文利用靜電紡絲法制備了WC納米纖維、WO3納米纖維以及表面具有納米片狀結構的WO3納米片纖維,并研究了其針對燃料電池催化劑應用的電催化活性。其中 WC納米纖維對燃料電池陰極氧還原反應(ORR)表現(xiàn)出了良好的電催化活性;WO3納米纖維以及 WO3納米片纖維對酸性電解液中陽極氫氧化反應表現(xiàn)出了突出的電催化活性。本論文的主要研究工作如下:
　　以偏鎢酸銨(AMT)為鎢源,聚乙烯吡咯烷酮

3、(PVP, Mw=1300000)為粘結劑,利用電紡法制備了AMT/PVP前驅體納米纖維。主要研究了電紡溶液中 AMT和PVP的濃度對前驅體纖維形貌的影響。建立了制備結構可控的AMT/PVP前驅體納米纖維的電紡工藝。
　　通過對AMT/PVP前驅體納米纖維的氧化處理制備了直徑在80-300nm的WO3納米纖維。測試了酸性溶液中WO3納米纖維對氫氧化反應的電催化活性,研究了WO3納米纖維的直徑和成分對其氫氧化電催化活性的影響。通過加

4、入炭黑改善導電性的方法提高了WO3納米纖維的電化學活性,研究了電化學活性對炭黑加入量與WO3纖維之間比例的依賴關系,并獲得了其最佳值。
　　采用酸化處理制備了具有納米片狀結構的WO3納米片纖維,通過施加電場控制反應速率實現(xiàn)了納米片結構的控制生長。研究了前驅體氧化鎢納米纖維的制備溫度和酸化處理施加電壓值對納米片結構、相組成和電催化性能的影響,獲得了優(yōu)化工藝參數(shù)。制備了由厚度從幾納米到幾十納米、長度從幾十納米到幾百納米不等的納米片組成

5、的WO3納米片纖維。測試了其對酸性電解液中陽極氫氧化反應的電催化活性,獲得了迄今報道最高的氫氧化電催化活性,在相同峰電位時其峰電流密度遠高于20wt％-Pt/C(E-TEK)催化劑,表現(xiàn)出了突出的氫氧化電化學活性。
　　以AMT/PVP納米纖維為前驅體,首先制備 WO3納米纖維,然后通過在CH4/H2混合氣氛中碳化處理制備了WC納米纖維。所制備WC納米纖維的最小直徑在40-50nm左右。測試了WC納米纖維對燃料電池陰極氧還原反應的

6、電催化活性,獲得了良好的氧還原電催化活性。
　　靜電紡絲法是一種簡單、廉價、多功能的連續(xù)納米纖維制備方法。本文采用靜電紡絲法制備的WC納米纖維、WO3納米纖維和WO3納米片纖維作為催化劑或催化劑載體具有多方面的優(yōu)勢,如直徑小,制備方法簡單、成本低,其連續(xù)納米纖維的結構特點使其不會發(fā)生團聚,從而保持大的活性面積,而納米片纖維除了具有如上優(yōu)點外其納米片生長于纖維表面的結構避免了二維納米片常見的團聚現(xiàn)象。本論文所制備的WC納米纖維、WO