[发明专利]一种在碱性介质中电催化甲醇氧化的催化剂及其制备方法

摘要

一种在碱性介质中电催化甲醇氧化的催化剂及其制备方法。本发明采用空间限域热解法得到了负载在碳基底上的碳化钨(WC)和金属镍(Ni)组成的双组分催化剂(WC/Ni@C)。其在1M CH3OH碱性溶液中的甲醇氧化起始电位是+0.35V(vsAg/AgCl参比电极，下同)，在电势为+0.6V时，其电催化电流密度达到310mA/cm2，在+0.5V电势下进行恒电位电解，其催化电流密度基本稳定在205mA/cm2，107分钟后下降22.7％，结果表明了该催化剂具有优异的电催化甲醇氧化反应性能及良好的稳定性。

主权项

1.一种在碱性介质中电催化甲醇氧化的催化剂，其特征是：采用空间限域热解得到了负载在碳基底上的碳化钨和金属镍组成的双组分催化剂WC/Ni@C，其由以下步骤制备：以Ni取代的Keggin型多钨氧酸盐K₁₀SiW₉O₃₇[Ni(H₂O)]₃(记为SiW₉Ni₃)，经典的沸石咪唑酯骨架材料ZIF‑8和碳黑(EC600JD)为前驱体，首先将SiW₉Ni₃原位封装到ZIF‑8的空腔内，形成POM@ZIF‑8的复合前驱体(SiW₉Ni₃@ZIF/C)，并负载在多孔碳基底上，记为WC/Ni@C；步骤1，SiW₉Ni₃的合成；将NiSO₄·6H₂O加入CH₃COONa溶液中并充分溶解，在60‑80℃下，将Na₁₀[α‑SiW₉O₃₄]·18H₂O，记为SiW₉，缓慢加入到上述溶液中，当SiW₉全部溶解至溶液澄清时，加热30‑50min，然后将混合溶液冷却至室温并进行抽滤，向所得滤液中加入KCl溶液，充分搅拌，得到绿色沉淀，在60‑80℃水中进行重结晶，然后得到产物SiW₉Ni₃；步骤2，SiW₉Ni₃@ZIF/C前驱体的合成；称取适量的Zn(NO₃)₂·6H₂O和步骤1制备的SiW₉Ni₃溶解在去离子水中；另取适量的2‑甲基咪唑、三乙胺和导电碳黑加入于水中并进行超声处理，使2‑甲基咪唑和三乙胺溶解，导电碳黑能够均匀的分散在溶液中；然后将上述溶液混合，室温下搅拌1‑2小时，产生黑色沉淀，用蒸馏水洗涤，离心得到固体，使用真空干燥箱在70‑90℃的条件下进行干燥5‑10个小时，记为SiW₉Ni₃@ZIF/C；步骤3，WC/Ni@C催化剂的合成；称取一定质量的步骤2制备的SiW₉Ni₃@ZIF/C前驱体，置于管式炉中，首先升温并停留数小时，然后再升高到指定温度800‑1100℃，碳化几个小时，自然冷却至室温，得到黑色粉末；取出煅烧样品，称量，研磨，记为WC/Ni@C。