浙江工业大学
硕士学位论文
WC/碳管纳米复合材料制备与电化学性能研究
姓名：汤俊艳
申请学位级别：硕士
专业：应用化学
指导教师：马淳安;李国华
20070410
弟一幸，绪论
尚不具备实用价值。因此如何提高ＷＣ的电催化活性是其走向实际应用的关键。近年来，尽管人们进行了多方面的探索，但至今在提高ＷＣ电催化活性方面仍少有进展。为了突破这一瓶颈，使ＷＣ的电催化活性接近并最终替代铂等贵金属，研究探索制备ＷＣ催化材料的新方法就显德十分必要，且具有十分重要的理论研究意义、实际应用价值和广阔的市场前景。
１．１．碳化钨的结构特性
从结构化学角度而言，碳化钨属于一种二元填隙物，即碳原子处于Ｗ原子的密堆积的空隙中形成的一种化合物。根据化学计量比的不同，碳化钨可以分为化学计量比碳化钨和非计量比碳化钨。从目前来看，已知化学计量比碳化钨包括
图１．１碳化钨（ｗＣ）催化剂的六方晶体结构模型
黑色球（右图中大球）和灰色球（右图中小球）分别为ｗ和Ｃ
Ｆｉ９１．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｈｅｘａｇｏｎａｌｔｕｎｇｓｔｅｎｃａｒｂｉｄｅｌａｔｌｉｃｅ．
Ｂｌａｃｋｂａｌｌ（ｏｒｂｉｇｂａＪ０ｒｅｐｒｅｓｅｎｔＷａｎｄｇｒａｙｂａｌｌ（ｏｒｌｉｔｔｌｅｂａｉｌ）ｒｅｐｒｅｓｅｎｔＣ．
ＷＣ、Ｗ２Ｃ和ＷＣ２：而非计量比碳化钨则有：ＷＣｌ．ｘ（ｘ－－－－０．１８～Ｏ．４２）等。最常见并且体现出不同程度催化活性的碳化钨只有ＷＣ和ｗ２Ｃ这两种。这两者中，ＷＣ具备最佳活性。ＷＣ为一种浅灰色物质，通常以简单六方晶结构形式存在。如图１．１所示。
从这个晶体结构出发，Ｇｔｉｎｔｅｒ掣‘５１人对碳化钨（ｗｃ）的催化机理作了详细的分析。如图１．１，碳化钨（ＷＣ）晶体结构并非中心对称，这就导致了其晶面的极性。对于一个理想的碳化钨（ＷＣ）晶体结构，在其三个晶面（１０１Ｏ），（１１００），
弟一幸，绪论
为目前材料科学的研究热点之一．
纳米碳管的结构介于ｓｐ２结构的石墨和ｓｐ３杂化的金刚石之间，相对于富勒烯，它的结构更接近于石磨。换言之，纳米碳管管壁碳原子核外电子的杂化状态与ｓｐ２的石磨和ｓｐ３杂化的金刚石不尽相同，更接近于石墨，可看成是石墨的六边形网格结构发生一定扭曲而形成的空间拓扑结构。这种结构导致纳米碳管管壁碳原子具有比石墨更强的化学反应活性。比如石磨平面与过渡金属原予作用是范德
图１．２石墨的网状结构图
ＦｊｇＪ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇｒａｐｈｉｔｅ
图１．３纳米碳管的结构
Ｆｉａｌ．３Ｔｈｅｓｔｎｌｃｍｒｅｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ
华力，但是，理论预测结果表明，过渡金属原子与纳米碳管管壁原子的作用具有某些共价键特征一碳ｓｐ２杂化轨道的扭曲使之与金属原子未充满的ｄ轨道发生进一步杂化［２２，２３１。
图１．２示意了石墨片的平面结构。图中以（Ｏ，Ｏ）点为原点，以Ｘ、Ｙ为坐标轴建立直角坐标系。Ｔ为碳纳米管的轴线方向（ｔｕｂｅａｘｉｓ）矢量，ａ所在的位置为