碳化钨的形貌调控及其载铂电化学性能

2022-12-04邓朋湛钦淇文敏尹艳红

有色金属科学与工程 2022年5期

邓朋，湛钦淇，文敏，尹艳红

（江西理工大学材料冶金化学学部，江西赣州 341000）

0 引言

用于阴极水电解的氢还原反应（HER）需要贵金属铂（Pt）基催化剂。然而，铂族金属的相对稀缺性和高成本极大地限制了其广泛应用，特别是在电化学领域[1-3]。作为一种富含稀土且廉价的非贵金属催化剂，具有类Pt 特性的碳化钨（WC）已被用作Pt 基催化剂的载体或替代品。但是，这种材料在极端酸性和碱性电解液中都受到严重腐蚀，这可归因于WC 表面碳沉积物的电化学氧化，限制了WC 在电化学和其他相关领域的实际应用[4-6]。

为了提高WC 的耐腐蚀性，一种有效的解决方案是大大提高表面碳的石墨化程度，并有效介导其微观结构。近年来，作为HER 的竞争性电催化剂，碳包覆WC 具有出色的HER 电化学活性和循环稳定性，已引起广泛关注[7-9]。合成WC 的常用方法是通过高温碳化技术将C 原子结合到W 晶格中，这需要含碳气体（例如CO、CH4、C2H2）作为碳源[10]。现阶段报道的WC 在高温和碳氢化合物气氛的条件下，不可避免出现WC 粒子烧结与团聚，高的合成温度会引起催化剂的孔结构塌陷，使得该催化剂的比表面积普遍较小；同时容易出现过量的碳积聚，并沉积在WC 表面。尽管已经开发了几种新颖的碳包覆WC 复合材料合成路线，但石墨化程度和添加碳层的数量难以控制，并且制备过程的相对复杂性也限制其进一步实施。因此，开发具有高度石墨化程度和超薄边缘封装的WC@C 复合材料的方法仍具有挑战性。

本文采用氧化石墨烯和柠檬酸分别作为模板剂和表面活性剂，利用水热反应法制备了WC 前驱体。利用甲醇/乙醇对前驱体进行原位还原碳化，在碳化产物WC 表面生长了石墨化碳层，得到WC@C复合材料。通过微波法将不同浓度Pt 颗粒负载到WC@C 表面，最终得到Pt-WC@C 催化剂，使WC与Pt 颗粒发挥协同作用，在电催化过程中实现双中心反应，探究WC 作为部分替代Pt 催化剂[11-12]的可能性。

1 实验部分

1.1 模板法制备前驱体

采用实验室自制的氧化石墨烯（GO）[13-15]作为模板调节WC 前驱体形貌结构。将GO 悬浮液、柠檬酸钠溶液、钨酸钠溶液置于水热反应釜内衬中，滴加适量浓盐酸，锁紧反应釜，放置于低温烘箱。控制烘箱温度为180 ℃，保温反应4 h。冷却后对样品过滤干燥，得到WC 前驱体，记作TP-1。 GO 与钨酸钠的摩尔比为1∶3。

为了解前驱体形貌变化与添加剂之间的关系，设置两组对照组，其他条件全部相同。具体如下：

1）前驱体制备过程中不添加活化剂柠檬酸。反应原料为钨酸钠溶液、GO 悬浮液，加入盐酸调节pH 值为2，进行水热反应，180 ℃保温反应4 h。冷却后对样品过滤干燥，得到WC 前驱体，记作TP-2。

2）前驱体制备过程中不添加GO 作为模板。反应原料为钨酸钠溶液、柠檬酸溶液，加入盐酸调节pH 值为2，进行水热反应，180 ℃保温反应4 h。冷却后对样品过滤干燥，得到WC 前驱体，记作TP-3。

1.2 前驱体的脱水及原位碳化

1）前驱体脱水。取1 g 前驱体H2WO4/GO（TP-1、TP-2 和TP-3）置于刚玉磁舟中，并推入高温管式炉中间位置，于空气气氛下600 ℃进行煅烧。

2）前驱体还原碳化。 600 ℃时改通氮气，开始注入乙醇/甲醇，当温度达到最高碳化温度1 000 ℃时，保温2 h。在氮气保护下降温至室温。碳化产物标记为WC@C-1、WC@C-2 和WC@C-3。

1.3 Pt-WC@C 催化剂的制备

采用微波法对碳化产物WC@C 负载不同Pt 载量。以WC 为基底，氯铂酸（H2PtCl6）为负载剂，乙二醇为还原剂，去离子水为溶剂，制备过程如下：

1）取96 mL 乙二醇和100 mL 去离子水置于烧瓶中，记作①；取98 mL 乙二醇和100 mL 去离子水置于烧杯中，记作②；取99.2 mL 乙二醇和100 mL 去离子水置于烧杯中，记作③。分别称取45.0、47.5、49.0 mg WC 依次添加到如上①、 ②、③混合溶液中，超声分散30 min。再分别依次向①、②、③加入4.0、2.0、0.8 mL 的3.32 g/L 氯铂酸/乙二醇溶液。

2）将上述混合溶液置于微波反应器中，设置反应程序，磁力搅拌和添加冷凝装置下进行负载Pt 反应。反应后冷却至室温，过滤、洗涤，于60 ℃干燥箱放置2 h，得到WC 载Pt 复合催化剂，上述催化剂分别记作Pt-WC@C-1 （Pt 负载量为10%（质量百分比，下同）），Pt-WC@C-2（Pt 负载量为5%）和Pt-WC@C-3（Pt 负载量为1%）。同时以未负载Pt 的催化剂WC记作WC@C（Pt 负载量为0%）和商品Pt/C（Pt 负载量为20%）作为对比样品。

1.4 Pt-WC@C 工作电极的制备

为了进一步对Pt-WC@C 的电催化性能进行研究，分别称取2.8 mg 催化剂、100 μL 乙醇和100 μL 0.5% Nafion 的混合溶液中进行超声分散。用微量进样器量取5 μL 催化剂分散液，滴于直径为5 mm 的玻碳电极表面，控制催化剂的负载量为0.3～0.4 mg/cm2。进行电化学性能测试。

1.5 电化学性能测试

使用CHI 760E 的电化学工作站，通过三电极系统检测催化剂的析氢电催化性能。在该三电极系统中，所有的电化学测量都是在0.5 mol/L H2SO4酸性电解液或1 mol/L KOH 碱性电解液中进行。根据电解液pH 值不同，采用HgO 或Ag/AgCl2作为参比电极，石墨或Pt 电极作为对电极。在测试前分别向0.5 mol/L H2SO4酸性电解液和1 mol/L KOH 碱性电解液中通入N2至饱和。线性扫描伏安法（LSV）以10 mV/s 扫描速率进行，试验温度为25 ℃。循环伏安法（CV）在-0.6 ～-0.1 V（vsRHE）之间，扫描速率为100 mV/s，循环扫描5 000 次，测试催化剂的稳定性。测试电化学阻抗采用的频率是0.01 Hz～100 kHz。

2 结果与讨论

2.1 前驱体的微观结构表征

为了探究水热反应中不同添加物对前驱体组成结构的影响，对前驱体TP-1、TP-2 和TP-3 进行了成分与形貌结构测试。图1 是TP-1、TP-2 和TP-3 的XRD 图谱。

图1 中TP-1 所有衍射峰都对应PDF 卡片中的单斜晶系WO3（JCPDS No. 08～0951），其在23.11°、23.60°和24.35°处的衍射峰分别对应单斜晶系WO3的（002）、（020）和（200）晶面。 TP-2 和TP-3 具有相似的衍射峰位置，同时XRD 结果显示都具有单斜晶系WO3和斜方晶系WO3·0.33H2O。TP-2 和TP-3 具有相同斜方晶系WO3·0.33H2O （JCPDS No. 72-0199），其在14.14°、18.10°和28.11°处的衍射峰分别对应该晶系的（020）、（111）和（220）晶面。但TP-2 和TP-3 中WO3略有不同，在23.11°、23.60°和24.35°处的衍射峰分别对应单斜晶系WO3（JCPDS No. 72-0677）和单斜晶系WO3（JCPDS No. 72-1465）的（002）、（020）和（200）晶面。结果表明，前驱体粉末TP-1 具有完全的单斜晶系WO3，而TP-2 和TP-3 同时具有单斜晶系WO3和含有结晶水的斜方晶系WO3·0.33H2O。前驱体制备过程中添加GO 和柠檬酸可以获得纯WO3。

图1 TP-1，TP-2 和TP-3 的XRD 图谱Fig. 1 XRD patterns of TP-1, TP-2 and TP-3

TP-1、TP-2 和TP-3 的扫描电镜图分别如图2（a）和图2（b）、图2（c）和图2（d）、图2（e）和图2（f）所示。

由放大倍数较小的图2（a）、图2（c）和图2（e）可知，TP-1 聚集物呈花簇状均匀分散在GO 表面，平均尺寸为200～500 nm，部分GO 被前驱体TP-1 覆盖（图2（a））。 TP-2 呈颗粒聚集为球状结构沉积在GO上，尺寸为1～2 μm，并有相互团聚趋势，大部分GO表面都沉积了前驱体，只有少量GO 表面未沉积前驱体（图2（c））。前驱体TP-3 呈小颗粒堆积，分散均匀但会集中堆积（图2（e））。由放大倍数较大的图2（b）、图2（d）和图2（f）可知，TP-1 与TP-3 具有明显的独立纳米小颗粒，尺寸小于50 nm，且TP-1 分散性更好。 TP-2 虽也呈颗粒状，但颗粒间结合紧密，趋于颗粒长大状态。

图2 TP-1，TP-2 和TP-3 的SEM 像Fig. 2 SEM images of TP-1, TP-2 and TP-3

以上结果表明，H2WO4形貌尺寸主要由柠檬酸与GO 调节，柠檬酸在水热反应过程中起调节pH 值及缓冲功能，使产生的H2WO4能够更稳定地沉积在GO 表面，同时对W6+起到一个络合作用，使其与酸反应的过程中稳定生成WO42-，均匀分散性则主要由GO 调节，后期可以通过调节反应体系内GO 表面H2WO4分布状态来调节H2WO4的形貌尺寸。

2.2 前驱体脱水产物的微观结构表征

为了探究前驱体脱水产物的成分及形貌结构的变化，对前驱体TP-1、TP-2 和TP-3 前驱体进行低温热处理反应。图3 为前驱体TP-1、TP-2 和TP-3 在空气气氛下600 ℃脱水得到的产物TO-1 （图3（a））、TO-2（图3（c））和TO-3（图3（e））的SEM 图像。

图3 TO-1，TO-2 和TO-3 的SEM 像Fig. 3 SEM images of TO-1, TO-2 and TO-3

由图3（a）和图3（b）可知，TO-1 具有片状结构，片层厚度约10 nm，直径约100 nm，且分布较均匀。由此可知，TO-1 继承了前驱体TP-1 的形貌及分散性。 GO片之间互相叠加，少量H2WO4粒子在GO 片叠加节点处成核生长，从而生成了片状形貌。从图3（c）和图3（d）可以看出，TO-2 遗传了TP-2 的形貌结构，小颗粒团聚生长成大颗粒，直径约为0.5～1 μm。图3（e）和图3（f）是TO-3 的SEM 图，与TO-1 相似，呈片状，但片状聚集连接在一起，并呈现出球形形貌，与前驱体TP-3 的形貌相似，产生这种现象的原因可能是无GO 作为模板时，大量H2WO4粒子由于纳米化而具有高的表面能，导致团聚成球生长。

以上结果证明，前驱体H2WO4/GO 在空气气氛中通过低温脱水氧化，除去GO，所得WO3继承了前驱体H2WO4/GO 的形貌尺寸，证实了WO3形貌尺寸受H2WO4前驱体形貌尺寸影响。因为在空气气氛中，前驱体H2WO4/GO 在低温脱去结晶水时，由于受到GO阻隔，减小了H2WO4团聚程度，但前驱体的晶体结构未发生变化，故而脱水产物能保持前驱体形貌尺寸。

图4 是TO-1、TO-2 和TO-3 的XRD 图谱。前驱体经过脱水反应后，脱水产物TO-1、TO-2 和TO-3具有相同的衍射峰。经软件Jade 分析可知，TO-1、TO-2 和TO-3 在XRD 曲线中2θ 为23.12°、23.60°、24.37°和34.17°处的衍射峰分别与PDF 标准卡片中JCPDS No. 83-0951 的（200）、（020）、（002）和（202）晶面相对应，表明TO-1、TO-2 和TO-3 都属于单斜晶系WO3。 TO-1、TO-2 和TO-3 经脱水反应后，全部转变为更稳定的单斜态，并且具有相同成分。

图4 TO-1、TO-2 和TO-3 的XRD 图谱Fig. 4 XRD patterns of TO-1, TO-2 and TO-3

2.3 前驱体碳化的微观结构表征

称取1 g 前驱体H2WO4/GO（TP-1、TP-2 和TP-3）置于管式炉内中心位置，调节碳化程序。在600 ℃前，先通入空气，对前驱体进行脱水并移除GO；继续升高温度，以氮气为保护气，通入液态乙醇/甲醇作为碳源。利用乙醇/甲醇在高温下热解生成的含碳气体，对脱水产物WO3进行碳化。

图5 分别是WC@C-1、WC@C-2 和WC@C-3 的XRD 图谱。 2θ 在31.51°、35.65°和48.30°处出现的特征衍射峰分别对应WC 的（001）、（100）和（101）晶面，其他峰也都与PDF 卡片中JCPDS No.51-0939 的特征衍射峰吻合，表明WC@C-1、WC@C-2 和WC@C-3 都属于六方晶系WC。结果表明，当碳化温度为1 000 ℃，保温120 min，可以使WO3完全碳化，生成WC。

图5 WC@C-1、WC@C-2 和WC@C-3 的XRD 图谱Fig. 5 XRD patterns of WC@C-1, WC@C-2 and WC@C-3

图6（a）—图6（f）分别是碳化产物WC@C-1、WC@C-2和WC@C-3 的SEM 像。

从图6（a）和图6（b）可以看出，WC@C-1 仍保持薄片状结构，片层厚约10～50 nm，长和宽分别约500 nm 和1 μm，且单个片层分布较为均匀，说明WC@C-1 保持着TO-1 的形貌及分散性。从图6（c）和图6（d）可以看出，WC@C-2 在TO-2 形貌结构基础上，彻底颗粒化，直径约为0.5～1 μm。图6（e）和图6（f）是WC@C-3 的SEM 图，仍具有部分TO-3 形貌结构特征，呈厚片状，但片与片之间相互粘连，趋向于块状，厚度为200～500 nm，长宽为1 μm。产生这种现象的原因，可能是TO-3 受热及碳化反应导致颗粒进一步长大，使薄片之间相互结合变厚。同时观察图6（a）—图6（f）可知，WC@C-1，WC@C-2 和WC@C-3颗粒表面都被薄膜状物质包裹，该物质可能为乙醇/甲醇热解产生的碳原子在碳化产物表面沉积形成碳层，该碳层可能抑制高温下碳化产物再结晶异常长大，并缓解颗粒间聚合过程。

图6 WC@C-1、WC@C-2 和WC@C-3 的SEM 像Fig. 6 SEM images of WC@C-1,WC@C-2 and WC@C-3

前驱体TP-1 经原位渗碳还原工艺，得到碳化产物WC@C-1。如图7 所示，对WC@C-1 进行微观形貌表征。从图7（a）和图7（b）可知，黑色颗粒表面被石墨化C 层包裹。 C 层分布均匀，同一颗粒表面C 层厚度均匀，较薄处约为3 nm，较厚处也仅为10 nm 左右。对样品进一步放大，得到高分辨图7（c），WC 表面的C 层厚度约为3 nm。图7（d）中的电子衍射花样结果符合图5 中的XRD 结果，WC 沿着（001）和（100）的晶面择优生长。上述结果表明所得样品结构为核壳结构，C 层将WC 颗粒包裹住，C 层的出现将为碳化产物提供良好的附着面。结果表明，WC@C-1 具有核壳结构，由WC 表面包裹石墨化C 层组成。上述核壳结构形成可能原因分析如下：高温下通入足量碳源，C 原子不断渗入颗粒内部。 WC 颗粒有一定溶碳能力，当内部碳处于过饱和状态，随着温度降低，过饱和碳溢出到颗粒表面并吸附在WC 表面，形成石墨化C层。C 层包裹在WC 表面，因C 层的限域效应，阻止了WC 颗粒的显著长大和团聚，使得WC 颗粒尺寸较碳化前WO3颗粒尺寸未发生明显增大。

图7 WC@C-1 的TEM 像Fig. 7 TEM images of WC@C-1

2.4 Pt-WC@C 的析氢性能

将Pt NPs 原位负载在WC@C 表面，获得WC@C/Pt 催化剂，根据Pt NPs 载量的不同，分别记作Pt-WC@C-1、Pt-WC@C-2 和Pt-WC@C-3，3 个样品Pt 的负载量分别为10%、5%和1%。

从图8（a）—图8（c）可知，负载Pt NPs 后，相较于图7 中WC@C 的形貌尺寸，Pt-WC@C 未发生明显改变。仅WC@C 的碳层中和表面分布着一些黑色小颗粒，尺寸约2～5 nm，推测为负载在WC@C 上的Pt NPs，因为未进行载Pt 反应的WC@C 表面光滑仅有碳层包裹（如图7），而载Pt 反应后该黑色小颗粒出现。高分辨TEM 如图8（d）—图8（f）所示，WC@C 的碳层中和表面分布的黑色小颗粒数量有明显区别，Pt-WC@C-1（图8（d））中最多，Pt-WC@C-2（图8（e））次之，Pt-WC@C-3（图8（f））中颗粒最少。能谱结果如图8（g）—图8（i）所示，与3 个样品中Pt 的实际负载量10%、5%和1%较为吻合。上述结果进一步证明这些黑色小颗粒可能为负载在WC@C 上的Pt NPs。

图8 Pt-WC@C-1、Pt-WC@C-2 和Pt-WC@C-3 的TEM 像和能谱图Fig. 8 TEM images of Pt-WC@C-1, Pt-WC@C-2 and Pt-WC@C-3

为证实Pt 颗粒的存在，对样品Pt-WC@C-1 进行XRD 测试，结果如图9 所述，3 个强峰分别与WC的（001）、（100）和（101）晶面吻合，其他小峰也与WC的标准卡片JCPDS No.51-0939 中其他峰一一对应，同时发现了Pt 的（111）、（200）、（220）和（311）晶面对应的衍射峰。说明Pt-WC@C 的主要物相还是WC，Pt 颗粒已经被负载到了WC@C 表面。

图9 Pt-WC@C-1 的XRD 图谱Fig. 9 XRD patterns of Pt-WC@C-1

对Pt-WC@C-1 催化剂进行EDS 测试，结果如图10 所示，显示存在Pt 元素。说明Pt NPs 确实被成功沉积到了WC@C 中石墨化碳层上。另外，Pt-WC@C-1 样品中W、C 及Pt 元素分布位置完全相同，从而能够证明Pt NPs 是均匀附着或者嵌入在WC 表面石墨化碳层上，有利于促进WC 与Pt 原子之间的协同催化作用。

图10 Pt-WC@C-1 催化剂的能谱Fig. 10 EDS spectrum of Pt-WC@C-1 catalyst

催化剂在碱性条件下的HER 性能如图11 所示。首先将1 mol/L KOH 电解液中通入N2排出空气，再分别在氮气饱和的电解液中对Pt-WC@C-1（10%Pt）、Pt-WC@C-2（5%Pt）、Pt-WC@C-3（1%Pt）、WC@C和商业Pt-C（20%Pt）进行HER 测试（图11（a））。 Pt-WC@C-1、Pt-WC@C-2、Pt-WC@C-3 和WC@C 在电流密度为-10 mA/cm2时的过电势分别为0.187、0.262、0.561 和0.303 mV，高于商业Pt-C（20% Pt）在相同电流密度下的过电势0.052 V。

图11 Pt-WC@C 电极在1 mol/L KOH 中扫描速率为10 mV/s 的析氢极化曲线和塔菲尔斜率Fig. 11 HER polarization curves with a scan rate of 10 mV/s and corresponding Tafel plots of the Pt-WC@C electrode toward the HER in acidic electrolyte (1 mol/L KOH)

Tafel 曲线的斜率越小说明反应越完全，性能越好。 Tafel 曲线斜率小于40 mV/dec，属于Volmer step；Tafel 曲线斜率处于40～120 mV/dec 范围内，属于Heyrovsky step；Tafel 曲线斜率大于120 mV/dec，属于Tafel step。如图11（b），在1 mol/L KOH 电解液中，Pt-WC@C-1、Pt-WC@C-2、Pt-WC@C-3 和WC@C 催化剂的塔菲尔斜率分别为115.7、136.5、281.8、125.7 mV/dec，Pt-WC@C-1（10% Pt）具有更低的塔菲尔斜率，更快的催化反应速度，该结果与图11（a）中LSV 结果相吻合。 Pt-WC@C 催化剂在碱性环境中的反应速度主要由Tafel 过程决定，WC@C 催化剂反应速度由Heyrovsky 步骤决定，而商用Pt/C 催化剂为28.6 mV/dec，反应速度主要由Volmer 步骤决定。

如图12 为催化剂在酸性条件下的HER 性能。Pt-WC@C-1 （10% Pt）、Pt-WC@C-2 （5% Pt）、Pt-WC@C-3（1%Pt）和WC@C 在电流密度为-10 mA/cm2时的过电势分别约为0.094、0.088、0.231 和0.313 V，其中过电势最低的是负载5%Pt 的Pt-WC@C-2 样品，略低于负载10%Pt 的Pt-WC@C-1 样品（93.6 mV）。虽然电流密度为10 mA/cm2时的过电势87.6 mV 比商业Pt-C（20%Pt）（35 mV）更高。但该复合催化剂展现的形貌结构和低载Pt 量，SD 仍然具有替代商业Pt-C 的潜力。

如图12（b），在0.5 mol/L H2SO4电解液中，Pt-WC@C-1、Pt-WC@C-2、Pt-WC@C-3 和WC@C 催化剂的塔菲尔斜率分别为53.7、51.2、148.2 和126.2 mV/dec， WC@C 上负载5% Pt 具有更低的塔菲尔斜率，更快的催化反应速度，与图12（a）结果相符，但高于商用Pt/C 催化剂（20% Pt）的斜率28.5 mV/dec。 Pt-WC@C 复合催化剂在酸性环境下的动力学性能优于碱性环境。其中，Pt-WC@C-1和Pt-WC@C-2 的HER 途径主要遵循Volmer-Heyrovsky 和Volmer-Tafel 混合机理；Pt-WC@C-3和WC@C 反应速度主要由Volmer 过程决定；而商用Pt/C 催化剂的HER 途径均遵循Volmer-Tafel机理，并释放出两个吸附的氢原子作为速率确定步骤（RDS）。

图12 Pt-WC@C 电极在0.5 mol/L H2SO4 中扫描速率为10 mV/s 的析氢极化曲线和塔菲尔斜率Fig. 12 HER polarization curves with a scan rate of 10 mV/s and corresponding Tafel plots of the Pt-WC@GCFs electrode toward the HER in acidic electrolyte (0.5 M H2SO4)

表1 比较了文献[16-26]中Pt-WC@C 复合材料在酸性和碱性电解液中HER 电催化活性与其他形态的关系。其中核壳结构的碳包覆WC 载Pt 型复合催化剂WC@C@Pt 的性能好。文献[21]采用半燃烧合成碳化方法制备了厚度可控的双芯壳WC@C@Pt 结构。该研究提出碳层可以固定Pt 粒子，提高导电性，这种独特的结构能够保持高效和稳定的催化过程。该催化剂在酸碱性电解质中的η10分别为30 mV 和34 mV，而Tafel 斜率分别为26 mV/dec 和27 mV/dec，优于本文中商业Pt/C 催化剂性能。而本文中Pt-WC@C（5% Pt）电催化性能优于没有包覆石墨碳层的Pt-WC（5% Pt），充分说明碳包覆核壳性结构有利于充分发挥出WC、C 和Pt 三者之间的协同作用，达到甚至超过单纯Pt 的性能，从而有望实现催化剂的低成本化。虽然相比于上述报道的催化剂性能和商业Pt/C催化剂的性能有所差距，但仍处于行业前列地位，同时本文中催化剂载Pt 量为5%，远低于其他催化剂，且佐证了单Pt 层负载更有利于充分发挥Pt 原子催化活性，增大Pt 原子催化比表面积。

表1 在酸性和碱性电解液条件下，Pt-WC@C 复合材料对HER 的电催化活性与其他形态的WC 的比较Table 1 Under acidic and alkaline electrolyte conditions, Pt-WC@C comparison of electrocatalytic activity of composite materials for HER with other WC forms

上述催化剂HER 性能结果进一步证明了WC@C 作为载体在酸性环境中能够有效支撑Pt 颗粒，并且石墨化碳层能有效固定Pt 颗粒，有效发挥WC 与Pt 的协同催化作用。同时，作为低Pt 催化剂，该样品更具有潜在替代Pt 的优势，分析其原因，由图12可知，负载5% Pt 相对于10% Pt，石墨化碳层上Pt颗粒分布更均匀，Pt 颗粒分布在碳层表面或嵌入其中，这极大地提高了Pt 颗粒的催化活性面积及其与碳层的结合程度。