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CN116093353A - 一种燃料电池催化材料及其制备方法 - Google Patents

一种燃料电池催化材料及其制备方法 Download PDF

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CN116093353A
CN116093353A CN202310175379.9A CN202310175379A CN116093353A CN 116093353 A CN116093353 A CN 116093353A CN 202310175379 A CN202310175379 A CN 202310175379A CN 116093353 A CN116093353 A CN 116093353A
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catalyst
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Abstract

本申请提供一种燃料电池催化材料及其制备方法，该方法包括：S01、将金属盐、有机配体、活性剂和反应溶剂混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液进行反应，得到粉末状固体；将所述粉末状固体过滤，洗涤，烘干，得到粉末；S02、将S01的粉末分散于第一有机溶剂中，加入第二有机溶剂，搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物回流，得到含有硫基官能化的粉末；将所述硫基官能化的粉末分散于氧化剂中，搅拌，离心，烘干，得到固体粉末；S03、将S02的固体粉末分散于Nafion溶液中，得到混合物溶液；将所述混合物溶液、催化剂、第三有机溶剂和H2O混合均匀，得到浆料；将所述浆料球磨后搅拌，超声，得到燃料电池催化材料。

Description

一种燃料电池催化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池催化材料及其制备方法。
背景技术
与内燃机等传统能源转换技术相比，燃料电池是一种高效能源转换装置，其将燃料中的化学能转化为电能，反应过程中不受卡诺循环的限制，具有更高的能量转换效率和更低的温室气体排放。在众多燃料电池中，质子交换膜燃料电池因其清洁、高效、零污染、操作温度低、启动迅速等特点，备受人们关注。质子交换膜(Pronton Exchange Membrane，PEM)作为质子交换膜燃料电池的关键组成部件，主要承担着传输质子和阻隔燃料渗透等作用，其性能好坏直接决定了燃料电池的使用寿命以及效率。
一般的，质子交换膜燃料电池中的催化层由催化剂和离聚物构成，是电化学发生的主要场所，是膜电极的核心部件。其中，离聚物可以提供质子和反应气体到达催化剂的通道，运输阴极生成的水分子，同时，起着粘结剂的作用。
目前，广泛使用的催化层离聚物为链状全氟磺酸树脂(Nafion)，可以实现质子的快速传导。但是，Nafion会过度包覆催化剂，造成较大的局部氧传质阻力和较低的催化剂活性位点利用率，无法使得催化剂的活性充分发挥，从而导致燃料电池的性能难以提升。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种燃料电池催化材料及其制备方法，旨在解决现有的Nafion会过度包覆催化剂，造成较大的局部氧传质阻力和较低的催化剂活性位点利用率，无法使得催化剂的活性充分发挥等问题。
为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供一种燃料电池催化材料的制备方法，包括如下步骤：
S01、将金属盐、有机配体、活性剂和反应溶剂按摩尔比1：(0.5～8)：(0.5～4)：(50～800)混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液于60℃～300℃反应8h～96h，得到粉末状固体；将所述粉末状固体过滤，洗涤，烘干，得到粉末；
S02、将步骤S01中的粉末分散于第一有机溶剂中，加入第二有机溶剂，搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物于60℃～200℃回流4h～24h，得到含有硫基官能化的粉末；将所述硫基官能化的粉末分散于氧化剂中，搅拌12h～96h，离心，烘干，得到固体粉末；
S03、将步骤S02的固体粉末分散于Nafion溶液中，得到混合物溶液；将所述混合物溶液、催化剂、第三有机溶剂和H2O混合均匀，得到浆料；将所述浆料球磨后搅拌，然后超声，得到燃料电池催化材料。
作为优选的实施方式，步骤S01中，
所述金属盐与所述有机配体的物质的量之比优选为1：(1～3)；所述金属盐与所述活性剂的物质的量之比为1：(1～3)；所述金属盐与所述反应溶剂的物质的量之比优选为1：(100～400)。
所述金属盐为Al(NO3)3·9H2O、Cr(NO3)3·9H2O、Zn(NO3)2·9H2O或者Zn(NO3)2·6H2O。
所述有机配体为2-氨基对苯二甲酸、5-氨基邻苯二甲酸、间苯二胺或者邻苯二胺。
所述活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、四甲基氢氧化铵、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚(3)磺基琥珀酸单酯二钠和蔗糖酯中的一种或至少两种的混合物。
所述反应溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丁醇、H2O、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
所述混合为于20℃～40℃搅拌超声混合，优选为25℃～30℃搅拌超声混合。
所述反应的温度优选为80℃～150℃。
所述洗涤为用溶剂洗涤3～5次，优选为3次。
所述烘干为于20℃～100℃干燥，优选为于60℃～100℃干燥。所述烘干优选在烘箱中进行。
作为优选的实施方式，步骤S02中，
所述粉末与所述第一有机溶剂的质量比为1:(10～300)，优选为1:(20～40)；所述粉末与所述第二有机溶剂的质量比为1:(1～10)，优选为1:(2～7)；所述硫基官能化的粉末与所述氧化剂的质量比为1:(50～400)，优选为1:(50～100)。
所述第一有机溶剂优选为甲苯、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或正己烷。
所述第二有机溶剂优选为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、11-巯基十一烷基三甲氧基硅烷或硅烷-聚乙二醇-巯基。
所述氧化剂优选为H2O2、KMnO4、HNO3、浓硫酸、三价钴盐或重铬酸钾。
所述回流优选为60℃～100℃回流4h～12h。
所述搅拌的时间优选12h～24h。
所述烘干的温度为30℃～100℃，优选为60℃～80℃。
作为优选的实施方式，步骤S03中，
所述固体粉末与所述Nafion溶液的质量比为1:(1～18)，优选为1：(4～8)。
所述分散通过搅拌12h～96h实现，优选通过搅拌12h～24h实现。
所述第三有机溶剂和所述H2O的质量比为(2～5)：1，优选为(2～4)：1。
所述催化剂的固含量为2％～10％，优选为7％～10％；所述催化剂的I/C比为0.5～1，优选为0.7：1。
所述催化剂为Pt/C催化剂。
所述第三有机溶剂优选为正丙醇、异丙醇、甲醇、乙醇和丙醇中的一种或至少两种的混合物。
所述球磨的时间为12h～96h，优选24h～72h。
所述搅拌的时间为1h～12h，优选为1h～5h。
所述超声的时间为0.3h～4h，优选为0.5h～2h。
另一方面，本发明实施例还提供由上述制备方法制备得到的燃料电池催化材料。
所述燃料电池催化材料含有二维金属有机骨架结构。
本申请能够有效解决现有的Nafion会过度包覆催化剂，造成较大的局部氧传质阻力和较低的催化剂活性位点利用率，无法使得催化剂的活性充分发挥等问题。本申请制备的燃料电池催化材料含有二维金属有机骨架结构，能够有效降低催化剂表面的局部氧传质阻力，提高活性位点利用率，有利于阴极氧气更快的传输到催化剂表面；并能有效优化催化剂表面的气固液三相界面，有利于低铂含量质子交换膜燃料系统的开发。本申请的制备方法简单、制备成本低、制备时间短，生产效率较高，易于批量化或大规模生产。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
目前，Nafion会过度包覆催化剂，造成较大的局部氧传质阻力和较低的催化剂活性位点利用率，无法使得催化剂的活性充分发挥，从而导致燃料电池的性能难以提升。基于此，有必要提供一种燃料电池催化材料及其制备方法以解决上述技术问题。
为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供一种燃料电池催化材料的制备方法，包括如下步骤：
S01、将金属盐、有机配体、活性剂和反应溶剂按摩尔比1：(0.5～8)：(0.5～4)：(50～800)(例如可以为1：0.5：0.5：50、1：3：2：200、1：8：4：800等等)混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液于60℃～300℃(可以为60℃、200℃、或者300℃等等)反应8h～96h(可以为8h、36h、或者96h等等)，得到粉末状固体；将所述粉末状固体过滤，洗涤，烘干，得到粉末；
S02、将步骤S01中的粉末分散于第一有机溶剂中，加入第二有机溶剂，搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物于60℃～200℃(可以为60℃、100℃、或者200℃等等)回流4h～24h(可以为4h、12h、或者24h等等)，得到含有硫基官能化的粉末；将所述硫基官能化的粉末分散于氧化剂中，搅拌12h～96h(可以为12h、58h、或者96h等等)，离心，烘干，得到固体粉末；
S03、将步骤S02的固体粉末分散于Nafion溶液中，得到混合物溶液；将所述混合物溶液、催化剂、第三有机溶剂和H2O混合均匀，得到浆料；将所述浆料球磨后搅拌，然后超声，得到燃料电池催化材料。
作为优选的实施方式，步骤S01中，
所述金属盐与所述有机配体的物质的量之比优选为1：(1～3)，例如可以为1：1、1：2、1：3等等；所述金属盐与所述活性剂的物质的量之比为1：(1～3)，例如可以为1：1、1：2、1：3等等；所述金属盐与所述反应溶剂的物质的量之比优选为1：(100～400)，例如可以为1：100、1：250、1：400等等。
所述金属盐为Al(NO3)3·9H2O、Cr(NO3)3·9H2O、Zn(NO3)2·9H2O或者Zn(NO3)2·6H2O。
所述有机配体为2-氨基对苯二甲酸、5-氨基邻苯二甲酸、间苯二胺或者邻苯二胺。
所述活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、四甲基氢氧化铵、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚(3)磺基琥珀酸单酯二钠和蔗糖酯中的一种或至少两种的混合物。
所述反应溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丁醇、H2O、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
所述混合为于20℃～40℃(可以为20℃、30℃、或者40℃等等)搅拌超声混合，优选为25℃～30℃搅拌超声混合。
所述反应的温度优选为80℃～150℃。
所述洗涤为用溶剂(去离子水)洗涤3～5次，优选为3次。
所述烘干为于20℃～100℃(可以为20℃、60℃、或者100℃等等)干燥，优选为于60℃～100℃干燥。所述烘干优选在烘箱中进行。
作为优选的实施方式，步骤S02中，
所述粉末与所述第一有机溶剂的质量比为1:(10～300)，优选为1:(20～40)，例如可以为1：10、1：200、1：300等等；所述粉末与所述第二有机溶剂的质量比为1:(1～10)，优选为1:(2～7)，例如可以为1：1、1：7、1：10等等；所述硫基官能化的粉末与所述氧化剂的质量比为1:(50～400)，优选为1:(50～100)，例如可以为1：50、1：200、1：400等等。
所述第一有机溶剂优选为甲苯、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或正己烷。
所述第二有机溶剂优选为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、11-巯基十一烷基三甲氧基硅烷或硅烷-聚乙二醇-巯基。
所述氧化剂优选为H2O2、KMnO4、HNO3、浓硫酸、三价钴盐或重铬酸钾。
所述回流优选为60℃～100℃回流4h～12h。
所述搅拌的时间优选12h～24h。
所述烘干的温度为30℃～100℃(可以为30℃、60℃、或者100℃等等)，优选为60℃～80℃。
作为优选的实施方式，步骤S03中，
所述固体粉末与所述Nafion溶液的质量比为1:(1～18)，优选为1：(4～8)，例如可以为1：1、1：8、1：18等等。
所述分散通过搅拌12h～96h实现，优选通过搅拌12h～24h实现。
所述第三有机溶剂和所述H2O的质量比为(2～5)：1，优选为(2～4)：1，例如可以为2：1、3：1、5：1等等。
所述催化剂的固含量为2％～10％，优选为7％～10％；所述催化剂的I/C比为0.5～1，优选为0.7：1。
所述催化剂为Pt/C催化剂。
所述第三有机溶剂优选为正丙醇、异丙醇、甲醇、乙醇和丙醇中的一种或至少两种的混合物。
所述球磨的时间为12h～96h，优选24h～72h，例如可以为12h、69h、或者96h等等。
所述搅拌的时间为1h～12h，优选为1h～5h，例如可以为1h、6h、或者12h等等。
所述超声的时间为0.3h～4h，优选为0.5h～2h.例如可以为0.3h、2h、或者4h等等。
另一方面，本发明实施例还提供由上述制备方法制备得到的燃料电池催化材料。
所述燃料电池催化材料含有二维金属有机骨架结构。
本申请能够有效解决现有的Nafion会过度包覆催化剂，造成较大的局部氧传质阻力和较低的催化剂活性位点利用率，无法使得催化剂的活性充分发挥等问题。本申请制备的燃料电池催化材料含有二维金属有机骨架结构，能够有效降低催化剂表面的局部氧传质阻力，提高活性位点利用率，有利于阴极氧气更快的传输到催化剂表面；并能有效优化催化剂表面的气固液三相界面，有利于低铂含量质子交换膜燃料系统的开发。本申请的制备方法简单、制备成本低、制备时间短，生产效率较高，易于批量化或大规模生产。
实施例1
一种燃料电池催化材料的制备方法，包括如下步骤：
S01、将0.84g金属盐、0.29g有机配体、活性剂(0.40g十六烷基三甲基溴化铵+2ml四甲基氢氧化铵)和15ml反应溶剂混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液于100℃反应(一般将混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，再将反应釜旋紧放入烘箱中进行反应)17h，得到粉末状固体(NH2-MIL-53(Al)固体)；将所述粉末状固体过滤，洗涤，烘干，得到粉末(NH2-MIL-53(Al)粉末)；
S02、将1.0g步骤S01中的粉末分散于100ml第一有机溶剂中，加入3.5ml第二有机溶剂，搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物于80℃回流4h，得到含有硫基官能化的粉末(MIL-53(Al)-SH)；将500mg所述硫基官能化的粉末分散于30ml氧化剂中，搅拌12h，离心，烘干，得到固体粉末(MIL-53(Al)-SO3H粉末)；
S03、将200mg步骤S02的固体粉末分散于4g Nafion溶液中，得到混合物溶液；将0.92g所述混合物溶液、0.4g催化剂、第三有机溶剂(2.4117g正丙醇和2.4117g异丙醇)和0.9647g H2O混合均匀，得到浆料；将所述浆料球磨后搅拌，然后超声，得到燃料电池催化材料。
步骤S01中，
所述金属盐为Al(NO3)3·9H2O。
所述有机配体为2-氨基对苯二甲酸。
所述活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和四甲基氢氧化铵的混合物。
所述反应溶剂为H2O。
所述混合为于25℃搅拌超声混合。
所述洗涤为用去离子水洗涤3次。
所述烘干为于80℃干燥16h。所述烘干在烘箱中进行。
步骤S02中，
所述第一有机溶剂为甲苯。
所述第二有机溶剂为3-巯基丙基三甲氧基硅烷。
所述氧化剂为H2O2。所述烘干的温度为80℃。
步骤S03中，
所述分散通过搅拌24h实现。
所述催化剂的固含量为2％～10％；所述催化剂的I/C比为0.5～1。
所述催化剂为Pt/C催化剂。
所述第三有机溶剂为正丙醇和异丙醇的混合物。
所述球磨的时间为72h。所述搅拌的时间为1h。所述超声的时间为0.3h。
将所制备的燃料电池催化材料制备成膜电极，进行性能测试。Pt/C@NH2-MIL-53(Al)/Nafion的氧渗透率为31Barrer，局部氧传质阻力为37.5s·m-1，Pt/C@NH2-MIL-53(Al)/Nafion的功率密度为1.05W·cm-1。
实施例2
一种燃料电池催化材料的制备方法，包括如下步骤：
S01、将0.84g金属盐、0.28g有机配体、活性剂(0.40g十六烷基三甲基溴化铵+2ml四甲基氢氧化铵)和13ml反应溶剂混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液于100℃反应(一般将混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，再将反应釜旋紧放入烘箱中进行反应)17h，得到粉末状固体(NH2-CAU-10(Al))；将所述粉末状固体过滤，洗涤，烘干，得到粉末(NH2-CAU-10(Al)粉末)；
S02、将1.0g步骤S01中的粉末分散于100ml第一有机溶剂中，加入3.5ml第二有机溶剂，搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物于80℃回流4h，得到含有硫基官能化的粉末(CAU-10(Al)-SH)；将500mg所述硫基官能化的粉末分散于30ml氧化剂中，搅拌12h，离心，烘干，得到固体粉末(CAU-10(Al)-SO3H粉末)；
S03、将200mg步骤S02的固体粉末分散于4g Nafion溶液中，得到混合物溶液；将0.92g所述混合物溶液、0.4g催化剂、第三有机溶剂(2.4117g正丙醇和2.4117g异丙醇)和0.9647g H2O混合均匀，得到浆料；将所述浆料球磨后搅拌，然后超声，得到燃料电池催化材料。
步骤S01中，
所述金属盐为Al(NO3)3·9H2O。
所述有机配体为5-氨基邻苯二甲酸。
所述活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和四甲基氢氧化铵的混合物。
所述反应溶剂为H2O。
所述混合为于25℃搅拌超声混合。
所述洗涤为用去离子水洗涤3次。
所述烘干为于80℃干燥16h。所述烘干在烘箱中进行。
步骤S02中，
所述第一有机溶剂为甲苯。
所述第二有机溶剂为3-巯基丙基三甲氧基硅烷。
所述氧化剂为H2O2。所述烘干的温度为80℃。
步骤S03中，
所述分散通过搅拌24h实现。
所述催化剂的固含量为2％～10％；所述催化剂的I/C比为0.5～1。
所述催化剂为Pt/C催化剂。
所述第三有机溶剂为正丙醇和异丙醇的混合物。
所述球磨的时间为72h。所述搅拌的时间为1h。所述超声的时间为0.3h。
将所制备的燃料电池催化材料制备成膜电极，进行性能测试。Pt/C@NH2-CAU-10(Al)/Nafion的氧渗透率为26Barrer，局部氧传质阻力为41.5s·m-1，Pt/C@NH2-CAU-10(Al)/Nafion的功率密度为0.96W·cm-1。
实施例3
一种燃料电池催化材料的制备方法，包括如下步骤：
S01、将0.84g金属盐、0.29g有机配体、活性剂(0.40g十六烷基三甲基溴化铵+2ml四甲基氢氧化铵)和15ml反应溶剂混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液于100℃反应(一般将混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，再将反应釜旋紧放入烘箱中进行反应)17h，得到粉末状固体(NH2-MIL-53(Al)固体)；将所述粉末状固体过滤，洗涤，烘干，得到粉末(NH2-MIL-53(Al)粉末)；
S02、将1.0g步骤S01中的粉末分散于100ml第一有机溶剂中，加入3.5ml第二有机溶剂，搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物于80℃回流4h，得到含有硫基官能化的粉末(MIL-53(Al)-SH)；将500mg所述硫基官能化的粉末分散于30ml氧化剂中，搅拌12h，离心，烘干，得到固体粉末(MIL-53(Al)-SO3H粉末)；
S03、将100mg步骤S02的固体粉末分散于4.5g Nafion溶液中，得到混合物溶液；将0.92g所述混合物溶液、0.4g催化剂、第三有机溶剂(2.4117g正丙醇和2.4117g异丙醇)和0.9647g H2O混合均匀，得到浆料；将所述浆料球磨后搅拌，然后超声，得到燃料电池催化材料。
步骤S01中，
所述金属盐为Al(NO3)3·9H2O。
所述有机配体为2-氨基对苯二甲酸。
所述活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和四甲基氢氧化铵的混合物。
所述反应溶剂为H2O。
所述混合为于25℃搅拌超声混合。
所述洗涤为用去离子水洗涤3次。
所述烘干为于80℃干燥16h。所述烘干在烘箱中进行。
步骤S02中，
所述第一有机溶剂为甲苯。
所述第二有机溶剂为3-巯基丙基三甲氧基硅烷。
所述氧化剂为H2O2。所述烘干的温度为80℃。
步骤S03中，
所述分散通过搅拌24h实现。
所述催化剂的固含量为2％～10％；所述催化剂的I/C比为0.5～1。
所述催化剂为Pt/C催化剂。
所述第三有机溶剂为正丙醇和异丙醇的混合物。
所述球磨的时间为72h。所述搅拌的时间为1h。所述超声的时间为0.3h。
将所制备的燃料电池催化材料制备成膜电极，进行性能测试。Pt/C@NH2-MIL-53/Nafion的氧渗透率为28Barrer，局部氧传质阻力为42.3s·m-1，Pt/C@NH2-MIL-53/Nafion的功率密度为0.94W·cm-1。
对比实施例1
一种燃料电池催化材料的制备方法，包括如下步骤：
将0.92gNafion溶液、0.4g催化剂、有机溶剂(2.4117g正丙醇和2.4117g异丙醇)和0.9647g H2O混合均匀，得到浆料；将所述浆料球磨后搅拌，然后超声，得到燃料电池催化材料。
所述分散通过搅拌24h实现。
所述催化剂的固含量为2％～10％；所述催化剂的I/C比为0.5～1。
所述催化剂为Pt/C催化剂。
所述有机溶剂为正丙醇和异丙醇的混合物。
所述球磨的时间为72h。所述搅拌的时间为1h。所述超声的时间为0.3h。
将所制备的燃料电池催化材料制备成膜电极，进行性能测试。Nafion的氧渗透率为3Barrer，Pt/C@Nafion局部氧传质阻力为54.8s·m-1，Pt/C@Nafion的功率密度为0.85W·cm-1。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、将金属盐、有机配体、活性剂和反应溶剂按摩尔比1：(0.5～8)：(0.5～4)：(50～800)混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液于60℃～300℃反应8h～96h，得到粉末状固体；将所述粉末状固体过滤，洗涤，烘干，得到粉末；
S02、将步骤S01中的粉末分散于第一有机溶剂中，加入第二有机溶剂，搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物于60℃～200℃回流4h～24h，得到含有硫基官能化的粉末；将所述硫基官能化的粉末分散于氧化剂中，搅拌12h～96h，离心，烘干，得到固体粉末；
S03、将步骤S02的固体粉末分散于Nafion溶液中，得到混合物溶液；将所述混合物溶液、催化剂、第三有机溶剂和H2O混合均匀，得到浆料；将所述浆料球磨后搅拌，然后超声，得到燃料电池催化材料。
2.根据权利要求1所述的燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述金属盐与所述有机配体的物质的量之比为1：(1～3)；所述金属盐与所述活性剂的物质的量之比为1：(1～3)；所述金属盐与所述反应溶剂的物质的量之比为1：(100～400)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S01中，所述金属盐为Al(NO3)3·9H2O、Cr(NO3)3·9H2O、Zn(NO3)2·9H2O或者Zn(NO3)2·6H2O；
所述有机配体为2-氨基对苯二甲酸、5-氨基邻苯二甲酸、间苯二胺或者邻苯二胺；
所述活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、四甲基氢氧化铵、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚(3)磺基琥珀酸单酯二钠和蔗糖酯中的一种或至少两种的混合物；
所述反应溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丁醇、H2O、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
4.根据权利要求1所述的燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S02中，所述粉末与所述第一有机溶剂的质量比为1:(10～300)；所述粉末与所述第二有机溶剂的质量比为1:(1～10)；所述硫基官能化的粉末与所述氧化剂的质量比为1:(50～400)。
5.根据权利要求1所述的燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S02中，所述第一有机溶剂为甲苯、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇或正己烷；
所述第二有机溶剂为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、11-巯基十一烷基三甲氧基硅烷或硅烷-聚乙二醇-巯基；
所述氧化剂为H2O2、KMnO4、HNO3、浓硫酸、三价钴盐或重铬酸钾。
6.根据权利要求1所述的燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S02中，所述搅拌的时间12h～24h；
所述烘干的温度为30℃～100℃。
7.根据权利要求1所述的燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S03中，
所述固体粉末与所述Nafion溶液的质量比为1:(1～18)；所述分散通过搅拌12h～96h实现。
8.根据权利要求7所述的燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S03中，
所述第三有机溶剂和所述H2O的质量比为(2～5)：1；
所述催化剂的固含量为2％～10％；所述催化剂的I/C比为0.5～1。
9.根据权利要求8所述的燃料电池催化材料的制备方法，其特征在于，步骤S03中，
所述催化剂为Pt/C催化剂；
所述第三有机溶剂为正丙醇、异丙醇、甲醇、乙醇和丙醇中的一种或至少两种的混合物；
所述球磨的时间为12h～96h；
所述搅拌的时间为1h～12h；
所述超声的时间为0.3h～4h。
10.一种燃料电池催化材料，其特征在于，所述燃料电池催化材料由权利要求1至9任一项所述的制备方法制备得到。
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