碳化鎢-碳納米管複合材料

直接甲醇燃料電池(DMFC)電池結構簡單，具有較高的比能量密度，而且燃料甲醇來源豐富、易於運輸和儲存。這使得直接甲醇燃料電池非常適合用於車載和可擕式設備 源，成為當下研究的熱點。

燃料電池所使用的催化劑以Pt和Pt系貴金屬催化劑為主，但Pt系貴金屬資源稀少，價格昂貴，而且甲醇陽極氧化產物CO易使其中毒。上世紀70年代，科學家發現碳化鎢(WC)具有與Pt族金屬相似的電子層結構，隨後有研究表明在很多反應中碳化鎢具有類鉑的催化活性，同時具有抗CO中毒的特性，在酸性、鹼性體系中具有較高的穩定性，良好的催化活性。

碳化鎢雖具有類鉑催化性能和較強的抗CO中毒能力，但其分散性較差，比表面積較小，極易團聚，而且導電性能較差，催化活性也不理想，與鉑等貴金屬催化劑相比仍存在較大的差距。

學者們認為，複合材料是提高碳化鎢催化活性的有效方法之一。催化劑載體也是影響催化劑催化活性的重要因素。例如：碳納米管(CNTs)是目前在DMFC 中經常使用的載體材料。納米碳管由於擁有優越的電子性能、納米級管狀結構、大的比表面積、類石墨的多層管壁等特點，作為載體能很好地提高負載活性組份的分散性，同時增強材料的導電性。將碳化鎢納米顆粒複合到碳納米管上製備WC-CNTs研究表明，WC-CNTs複合材料對甲醇的電催化性能明顯強於純碳化鎢。

一種具有三維網路結構的碳化鎢-碳納米管複合材料的製備方法如下：

(1)在微波管中將鎢源溶於溶劑，攪拌均勻後，將微波管置於微波合成儀，在160℃ 下反應60min，反應結束後，將反應產物冷卻至室溫，用去離子水和無水乙醇離心洗滌後，放 入50℃真空烘箱中乾燥6h得到具有氧缺陷的W18O49；所述鎢源為WCl6，所述溶劑為無水乙醇， 所述溶劑體積用量以鎢源品質計為100mL/g，所述的微波反應的壓力15bar。

(2)將步驟(1)所得W18O49置於管式爐中，在碳源氣氛下，在900℃碳化180min，然後 在氮氣保護氣氛下冷卻至室溫，得到碳化鎢-碳納米管顆粒；所述碳源為乙炔時，採用乙炔與氫氣、氬氣的混合氣，所述乙炔：氫氣：氬氣體積比＝30:30:40；所述混合氣的流量為 100mL/min。

採用具有氧缺陷的鎢氧化物作為前驅體，促進原子擴散，有利於滲碳過程，同時在鎢基上原位生長碳納米管，製備得到形貌可控的高分散性的碳化鎢-碳納米管複合材料。這種三維網路結構可以有效的將WC顆粒進行分散，保證了WC與Pt擁有更多的接觸面。這樣的結構也可以使碳納米管同時接觸到WC與Pt，整體提升複合材料的導電性，更好地發揮三者共同作用，提高了電催化效果。

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