论文题目: 高活性碳化钨催化材料的制备、表征及电化学性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 马淳安
导师: 周邦新,成旦红
关键词: 碳化钨,制备,电催化,电化学性能,气体扩散电极,粉末微电极
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文全面综述了国内外在碳化钨（WC）催化材料制备、性能及应用方面的研究进展,系统分析了影响碳化钨催化活性的各种影响因素及碳化钨制备过程中的反应历程。在此基础上,从制备高活性电催化材料出发,开展了碳化钨粉末材料的制备、表征、形成机理、化学和电化学稳定性及电催化活性等方面的研究工作。 论文首先考察了以黄色钨酸和偏钨酸铵为钨源、CO/CO2为碳源,采用连续式和间歇式两种方法制备高活性碳化钨粉体的工艺。研究表明,碳化钨制备过程包括焙解、还原、渗碳三个阶段;制备工艺对碳化钨的物相组成、表面结构和比表面积等具有十分重要的影响。间歇式法制备碳化钨的最佳工艺条件为:CO流量480 mL/h·g H2WO4,CO248 mL/h·g H2WO4;在制备过程中含钨原料首先在500℃条件下保温1h,以除去其中的结晶水,然后升温至750℃,恒温反应12h,即可获得WC样品。连续式法制备碳化钨的最佳工艺条件为:CO流量1.5-3 m3/h,固相物料停留时间9～12 h,物料入口处温度400-500℃,中部壁温850±20℃,反应区入口气体400～600℃,按此条件可连续制得WC粉体材料。 在上述实验基础上,成功地构建了喷雾干燥-固定床法制备纳米碳化钨的实验室装置,在国内外首先制备了具有介孔结构空心球状的碳化钨粉体。这种WC粉体由许多长100～800 nm、宽50～150 nm的柱状体构成,柱状体之间存在介孔孔隙。进一步研究发现,在制备过程中碳化温度和冷却速度对碳化钨粉末的表面形貌与结构具有很大的影响,通过急冷技术处理得到的碳化钨颗粒具有多孔结构,其中物相组成以六方结构WC相为主,主要化学成分为W、C和O,W与（C+O）的原子比为0.977,这种结构的WC具有良好的电催化活性。 采用原位XRD和SEM技术深入研究了WC制备中的物相转变及其形貌变化过程,对介孔结构空心球状WC颗粒的形成机理进行了探讨。研究表明,偏钨酸铵在CO/CO2气氛中进行还原碳化时,物相转变过程与还原碳化时的温度和升温速率密切相关。缓慢升温时,样品遵循AMT→WO3→WO2→W2C—WC的物相变化规律;“阶跃式”升温时,样品则遵循AMT→WO3→WO2→WC的物相变化规律。另外还发现,介孔结构空心球状形貌的形成可能与前驱体的性质、喷雾干燥微球化处理、反应过程中生成的气体和WO3的升华等密切相关。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 碳化钨的基本性能
1.2 碳化钨催化剂的制备方法
1.2.1 还原碳化一步法制备超细WC粉末
1.2.2 还原碳化多步法制备WC粉末
1.3 碳化钨粉体制备的影响因素
1.3.1 制备原料的影响
1.3.2 制备方法的影响
1.3.3 活化过程的影响
1.3.4 碳化钨晶体结构及粒径的影响
1.3.5 自由碳和碳缺陷的影响
1.3.6 氧含量的影响
1.4 碳化钨制备过程的反应机理
1.5 碳化钨催化剂的主要应用
1.5.1 碳化钨催化剂在加氢反应中的应用
1.5.2 碳化钨催化剂在异构化反应中的应用
1.5.3 碳化钨催化剂在制备合成气中的应用
1.5.4 碳化钨催化剂在分解反应中的应用
1.5.5 碳化钨催化剂在电催化反应中的应用
1.5.6 碳化钨催化剂在电解中的应用
1.6 本论文的选题与意义
第二章 活性碳化钨粉体材料的制备与表征
2.1 引言
2.2 制备装置与实验方法
2.2.1 间歇式制备方法
2.2.2 连续式制备方法
2.2.3 与国外制备方法的比较
2.3 碳化钨的化学分析、物相组成和比表面
2.3.1 总碳和游离碳含量测定
2.3.2 XRD分析
2.3.3 BET比表面测定
2.4 碳化钨粉体的表面形貌
2.5 碳化钨粉体的表面组成
2.6 碳化钨粉体的化学稳定性
2.7 碳化钨粉体制备工艺及其反应历程
2.8 碳化钨的反应机理探讨
2.9 本章小结
第三章 碳化钨粉体材料的电催化活性研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 防水型碳化钨气体扩散电极的制备
3.2.2 碳化钨阴极的制备
3.2.3 电化学测试
3.3 WC气体扩散电极对氢氧化反应的电催化活性
3.3.1 WC催化剂载量的影响
3.3.2 OP乳化剂的影响
3.3.3 电极表面结构的影响
3.3.4 WC制作方法对气体扩散电极性能的影响
3.3.5 电解液对WC气体扩散电极性能的影响
3.3.6 WC气体扩散电极的活化能
3.3.7 WC气体扩散电极的电催化活性
3.3.8 WC阳极在盐酸溶液中的电化学性能
3.4 W_2C对阴极析氢反应的电催化性能
3.5 硝基苯在碳化钨电极上的电催化还原
3.5.1 酸性溶液中碳化钨电极上硝基苯的电催化还原
3.5.2 碱性溶液中WC-Ni电极上硝基苯的电催化还原
3.6 本章小结
第四章 碳化钨催化剂在电氧化过程中的稳定性研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 嵌入式WC粉末电极制备
4.2.2 电化学测试
4.3 结果讨论
4.3.1 氢、氧吸附充电曲线
4.3.2 酸性电解液中的电化学氧化行为
4.3.3 碱性电解液中的阳极充电曲线
4.4 碳化钨催化剂在空气中的抗氧化性
4.5 碳化钨电化学氧化机理的研究
4.5.1 理论计算
4.5.2 电氧化机理探讨
4.6 本章小结
第五章 介孔结构空心球状碳化钨粉体的制备与表征
5.1 引言
5.2 介孔结构空心球状碳化钨粉体的制备
5.2.1 实验试剂
5.2.2 主要实验仪器
5.2.3 介孔结构空心球状碳化钨粉体的制备工艺
5.3 介孔结构空心球状碳化钨粉体的表征
5.3.1 样品的晶相组成
5.3.2 样品的结构与形貌
5.3.3 样品化学组成
5.3.4 碳化钨的热稳定性
5.4 本章小结
第六章 介孔结构空心球状碳化钨的反应历程与形成机理
6.1 引言
6.2 XRD原位还原碳化反应实验
6.2.1 试剂与仪器
6.2.2 实验方法
6.3 WC样品的晶相演变过程
6.3.1 缓慢升温过程-样品晶相随温度变化
6.3.2 “阶跃式”升温过程-样品晶相随反应时间的变化
6.4 介孔结构空心球状WC粉体的形成机理
6.4.1 制备过程中颗粒形貌演变特征
6.4.2 碳化钨形成机理与模型
6.5 本章小结
第七章 介孔结构空心球状碳化钨的电催化性能及影响因素
7.1 引言
7.2 实验部分
7.2.1 碳化钨粉末微电极(WC-PME)的制备
7.2.2 电化学性能测试
7.2.3 WC-PME的表征
7.3 不同WC粉体的表征
7.4 介孔结构空心球状WC粉体电催化性能
7.4.1 PNP在WC微电极上的CV曲线
7.4.2 不同电极在PNP体系中的电极活性
7.5 WC-PME对PNP电还原反应的催化活性
7.5.1 WC-PME和Pt微电极上的表观活化能
7.5.2 WC-PME上PNP电还原反应的电荷传递系数
7.5.3 PNP在WC-PME上发生还原时的扩散系数
7.5.4 影响PNP在WC-PME上反应的因素
7.6 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及主持的研究项目
致谢
发布时间: 2005-09-16
参考文献
- [1].设计制备催化材料用于生物质平台分子的高效转化[D]. 张建.浙江大学2017
- [2].具有高氧化活性的介孔催化材料的合成及其结构与催化性能表征[D]. 林凯峰.吉林大学2005
- [3].多孔催化材料的制备与表征[D]. 姚建峰.南京工业大学2005
- [4].纳米催化材料的有序组装设计与应用[D]. 任楠.复旦大学2007
- [5].新型非铂微纳电催化材料的制备及在新能源器件中的性能研究[D]. 过家好.大连理工大学2015
- [6].芳烃烷基化反应催化材料的合成及性能研究[D]. 吴伟.哈尔滨工程大学2007
- [7].钛基催化材料的合成、表征和选择氧化性能研究[D]. 张义华.大连理工大学2001
- [8].半导体基催化材料的制备及其光电催化性能研究[D]. 何辉超.重庆大学2014
- [9].功能性多酸基催化材料的设计和构筑[D]. 赵燊.北京化工大学2014
- [10].高分子基金属纳米催化材料的设计、制备及性能[D]. 温昕.河北大学2015
相关论文
- [1].碳化钨材料的可控制备及其电催化性能研究[D]. 陈赵扬.浙江工业大学2011
- [2].碳化钨负载铂催化剂的制备、表征及电化学性能[D]. 盛江峰.浙江工业大学2008
- [3].球形碳化钨粉末的超高温雾化制备技术及机理研究[D]. 戴煜.中南大学2008
- [4].负载型碳化钼催化剂的制备、表征和选择加氢反应性能的研究[D]. 吴维成.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）2004
- [5].纳米级钨基复合粉末的制备及其合金特性研究[D]. 马运柱.中南大学2004
- [6].氢等离子体制备纳米硬质合金粉末的研究[D]. 傅磊.清华大学1997
- [7].真空熔覆Ni基合金—碳化钨和Co基合金—碳化钨复合涂层的制备及性能研究[D]. 黄新波.西安电子科技大学2005
- [8].V-EPC铸渗制备碳化钨/铁基表面复合材料的工艺、组织、性能及界面研究[D]. 李祖来.昆明理工大学2007