CN101773853B - 一种非担载型催化剂浆料及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非担载型催化剂浆料及其制备和应用，金属纳米粒子由导质子聚合物修饰。特点为：1)制备过程中，以具有导质子功能的聚合物作为保护剂；2)仅添加少量的导质子聚合物，其与金属催化剂的质量之比为0.02～1∶1；3)反应物于耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下，控制反应温度在90-200℃，反应时间2-24小时，最终得到平均粒径为1-2nm的导质子聚合物原位修饰金属纳米粒子；4)反应产物去除杂质后，无需再添加或去除导质子聚合物，即可直接用于制备燃料电池及固体聚合物水电解池催化层；5)所制备的催化剂应用于燃料电池及水电解池，取得了优异的性能。

Description

一种非担载型催化剂浆料及其制备和应用
技术领域
本发明涉及一种固体聚合物电解质电池领域的催化剂，特别是具有导质子功能的燃料电池及固体聚合物水电解池催化剂浆料及其制备方法。
背景技术
燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是反应过程中不涉及到燃烧，其能量转换效率不受″卡诺循环″的限制，因此其能量转换率高达60％-80％，实际使用效率则是普通内燃机的2-3倍。另外，它还具有燃料多样化、噪音低、对环境污染小等优点。
固体聚合物水电解技术的主要特点是以固体聚合物电解质(SPE)代替了传统采用的苛性碱液体电解质，氢气和氧气分别在电解质两侧的阴极和阳极上产生出来，该电解质既作导电的介质，又可作为隔离氢、氧气体的隔膜。SPE水电解技术的主要性能特点是：(1)在低小室电压下具有高的电流密度和高电流效率，因此它的能耗低，槽体体积小，重量轻；(2)采用的SPE电解质为非透气性膜，可承受高压差，因此气体纯度高，装置简化，安全可靠；(3)只需要无腐蚀的去离子水，因此减少了腐蚀，使用寿命长。
目前，固体聚合物水电解技术中所采用的阳极催化剂主要是铱，钌的金属单质，合金或其氧化物，以及掺杂了铂，钛，钽，锆，钨，锡等的合金或氧化物。氧化物的制备方法通常采用Adams法，该方法的缺点是，所制备的催化剂粒径较大，且制备过程中，生成氮的氧化物等反应副产物会对环境造成污染。作为非铂元素，铱，钌的单质及其合金同时也表现出了一定的氧还原活性，从而使其具备了对氧还原反应与氧析出反应的双催化活性，因此，制备铱或钌的单质，或者以铱或钌为主元素的合金将非常有意义。
在金属纳米粒子的制备过程中添加保护剂可有效控制产物的粒径，Cynthia A.Stowell[Nano letters 5：1203-207，2005]等人采用不同的保护剂制备了工r的纳米粒子，并比较了不同的保护剂对工r纳米粒子的烯烃加氢反应的催化活性的影响。保护剂对纳米粒子催化活性的影响主要体现在两方面，一是对催化剂粒子的包覆所导致的活性位的减少，二是保护剂本身的化学性质对催化剂活性的影响。实验结果表明保护剂种类的不同对催化剂活性的影响较大，特别是某些保护剂，尽管添加该保护剂可有效控制催化剂粒子的粒径，但最终制得的催化剂毫无活性。
综上所述，保护剂种类的选取及添加量极大的影响着所制备的纳米粒子的粒径及催化活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于燃料电池和固体聚合物水电解池的非担载型催化剂浆料及其制备方法。
燃料电池与固体聚合物水电解池皆以固体聚合物作为电解质，用来传输质子，而以Nafion为例，其所具有的磺酸根基团可与金属离子产生相互作用，因此，本发明选取导质子聚合物作为表面活性剂用来制备纳米粒子。
制备方法方面，选取溶剂热方法。水热与溶剂热合成是指在密闭体系中，以水或其它有机溶剂做介质，在一定温度和压力下，原始混合物进行反应合成新化合物的方法。在高温高压的水热条件下，物质在溶剂中的物理性质与化学反应性能均发生很大的变化。与其它合成方法相比，水热与溶剂热合成具有以下特点：1)反应在密闭体系中进行，易于调节环境气氛，有利于特殊价态化合物和均匀掺杂化合物的合成；2)在水热和溶剂热条件下，溶液粘度下降，扩散和传质过程加快，而反应温度大大低于高温反应，水热和溶剂热合成可以代替某些高温固相反应；3)水热和溶剂热合成适于在常压常温下不溶于各种溶剂或溶解后易分解，熔融前后易分解的化合物的合成，也有利于合成低熔点、高蒸气压的材料；4)由于等温、等压和溶液条件特殊，在水热反应中，容易出现一些中间态、介稳态和特殊物相。因此，水热和溶剂热特别适于合成特殊结构、特种凝聚态的新化合物以及制备有平衡缺陷浓度、规则取向和晶体完美的晶体材料。
李亚栋等人[Nature，2005，437(4055)：121-124]提出了一种“液体-固体-溶液”相转移、相分离(Liquid-solid-solution phase transferand separation)的机制，以亚油酸作为表面活性剂，以乙醇和水作为溶剂，在密闭容器内，高温高压的条件下，用简单、廉价的无机盐类为原料，采用溶剂热的方法，制得一系列各种类型的单分散纳米晶，如多种金属、半导体、氧化物及复合氧化物、氟化物等。
铱，钌等元素的阳离子极易水解，在溶液中，添加碱性物质后，水解生成的氢氧化物或氧化物，低温环境下无法对其进一步的还原，而受制于饱和蒸汽压，一般的低沸点溶剂，在常压下无法获得较高的沸点，从而不能提供较高的反应温度。由于溶剂热反应是在密闭容器内进行，故可获得较高的反应温度，采用一般的还原剂，如乙醇即可在高温环境下，将铱或钌等元素的氢氧化物或氧化物还原为金属单质或合金。
在兼顾传导质子对导质子聚合物添加量的要求的前提下，为了降低导质子聚合物对所制备的纳米粒子的包覆程度，本发明在催化剂的制备过程中仅添加少量的导质子聚合物作为保护剂，而保护剂添加量的减少，不利于催化剂粒径的控制。本发明在密闭环境下，可以获得较高的反应温度，通过快速升温至反应温度，在短时间内加快金属阳离子的水解速度，生成大量氧化物或氢氧化物晶核，有效的控制了所生成的氧化物或氢氧化物粒子的粒径大小，进一步在密闭条件所产生的高温环境下进行还原得到金属纳米粒子，该催化剂浆料由金属纳米粒子、导质子聚合物和醇水溶液组成，其中醇水溶液所占的质量份数为50～99.9％，水在醇水溶液所占的质量分数为0.01-50％；金属纳米粒子由导质子聚合物原位修饰，其中，导质子聚合物与金属纳米粒子的质量之比为0.02～1∶1。
本发明以导质子聚合物作为表面活性剂，采用溶剂热的方法，制备了一系列金属纳米粒子，产物中的表面活性剂无需去除，经杂质的去除之后，可直接用来制备催化层，使整个制备过程简单快速，避免了表面活性剂去除过程所带来的种种不利的影响。
本发明所述的具有导质子功能的聚合物为全氟磺酸树脂、磺化聚砜类树脂、磺化聚苯硫醚树脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亚胺树脂、磺化聚苯乙烯树脂和磺化聚醚醚酮树脂中任意一种。
本发明所述的金属纳米粒子为M或MN，其中：M为Ir，Ru中的一种或两种，N为Pt，Pd，Rh，Os，Au，Re，Cr，Ni，Co，Mn，Cu，Ti，Sn，V，Fe，Ga，Mo，Se，Ta，Zr中的一种或一种以上，M与N中所含元素的总的物质的量之比为0.5～10∶1。
本发明所述的催化剂的制备方法如下：
1)将质量浓度为1～20％的导质子聚合物溶液加入醇水混合溶液中，导质子聚合物溶液与醇水混合溶液的质量比为0.001～1∶1，其中具有导质子功能的聚合物为金属元素的保护剂，分别加入质量浓度为0.1～30％的含有催化剂金属活性组分的可溶性前驱体溶液或含有催化剂金属活性组分的可溶性前驱体，其中导质子聚合物与金属元素的质量之比为0.02～1∶1，搅拌均匀后，加入碱性物质调节溶液pH值为8～14，将溶液转移至耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下，使反应体系以5～30℃/分钟的升温速率快速升温至90-200℃，恒温持续反应2-24小时，最终得到导质子聚合物修饰的金属纳米粒子的胶体溶液。
2)将步骤1)所得到的胶体溶液，采用透析袋于醇水溶液中透析处理去除杂质离子和有机副产物，其中透析袋的截留分子量为1K～100KDa，用于透析的醇水溶液中水所占的质量份数为0.01-50％，最后得到用于制备燃料电池及水电解池催化层的浆料，其中所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丁二醇或丙三醇。
其中，步骤1)中所述金属的可溶性前驱体为H2IrCl6，RuCl3中的一种或两种，其中还可添加有H2PtCl6，PdCl2，RhCl3，OsCl3，HAuCl4，ReCl3，Cr(NO3)3，Ni(NO3)2，Co(NO3)3，MnCl2，CuCl2，TiCl4，SnCl4，VCl4，FeCl3，Ga(NO3)3，MoCl6，Na2SeO3，TaCl5，Zr(NO3)3中的一种或一种以上。
其中，步骤1)中所述的碱性物质为Na2CO3，NaHCO3，NaOH，K2CO3，KHCO3，KOH，NH4OH，CO(NH2)2中的一种。
其中，步骤1)中所述的醇水混合溶液中醇与水的质量比为0.1～100∶1，醇为甲醇，乙醇，丙醇、乙二醇、丁二醇或丙三醇中的一种。
所述的催化剂浆料可应用于燃料电池或固体聚合物水电解池中，具体为：将所述的催化剂浆料均匀的喷涂于气体扩散层，至催化剂的担载量达到所需值，烘干备用，作为氧电极。
所述的催化剂浆料作为燃料电池或固体聚合物水电解池催化剂的应用，具体为：向上述步骤1)所得到的导质子聚合物修饰的纳米粒子的胶体溶液中添加作为载体的第三组分，采用公知的方法，如将胶体溶液pH值调变为1～6，或改变胶体溶液中醇与水的比例，将纳米粒子均匀的沉积于第三组分之上，制备得到有效组分分散于载体之上的担载型催化剂，且有效组分表面原位吸附导质子聚合物；
所述作为载体的第三组分为公知的催化剂载体，如碳粉；钙钛矿型化合物；金属陶瓷，如TiN，TiC，ZrN，ZrC，BC，TaB等；导电氧化物，如Ti4O7，Ti0.9Ni0.1O2等，其在所制备的担载型催化剂中所占的质量分数为10～99％。
用所制备的催化剂浆料制备电极，组装电池以评价其电池性能，过程如下：
1、气体扩散层的制备：
1)碳纸基底的疏水化处理：将基底浸渍在1wt.％的PTFE乳液中1～2分钟，取出后烘干，去除其中的水。反复进行数次上述浸泡-干燥过程，至碳纸基底层中的PTFE的含量达到设定值，范围为5％～50％。将上述疏水处理的碳纸放入焙烧炉内，升温至240～250℃热处理30分钟，目的是去除PTFE乳液中的表面活性剂。然后将炉温升至340～350℃，继续焙烧30分钟，目的是使PTFE熔融形成PTFE膜覆于并碳纸的碳纤维表面，实现碳纸的疏水性。
2)微孔层的制备：将碳黑粉末和PTFE乳液按一定质量比在乙醇溶液中分散，采用超声波振荡的方法充分混合均匀后，在80℃的水浴中加热聚凝，使其成为粘稠状的浆料，以涂布法涂敷到疏水化处理过的碳纸上，使基底层平整并具有适当的孔结构。室温晾干后，在240～250℃下焙烧30分钟，以除去PTFE乳液中的表面活性剂，随后在340～350℃下烧结30分钟，使PTFE熔融，覆盖于碳粉表面，构成疏水的气体扩散孔道。
2、电极制备：氢电极侧，将商业化的铂黑与Nafion(质量份数5％)溶液于异丙醇溶液中混合，Nafion与Pt的质量之比为0.02～1∶1，超声振荡使二者混合均匀得到氢电极催化剂浆料，将浆料均匀的喷涂于气体扩散层至催化剂的担载量达到设定值，烘干备用，作为氢电极；将本发明所制备的催化剂浆料均匀的喷涂于气体扩散层，至催化剂的担载量达到设定值，烘干备用，作为氧电极。
3、MEA的制备：将氢电极和氧电极置于Nafion膜的两侧，置于油压机中，160℃下施以低于1.0MPa的压力，保持1分钟，使整个组件预热，然后施以2.0MPa的压力，保持1分钟，之后迅速冷却，即制得MEA，有效面积5cm2。
4、单电池的组装：电池的组装结构如图1所示。采用不锈钢网作为集流网，不锈钢板作为端板，将MEA、集流网、端板及密封材料组装成单电池。
5、电池操作条件为：燃料电池：H2/O2，气体表压为0.2MPa，增湿温度为60～90℃，单电池工作温度为60～80℃。水电解池：由氧电极侧供水，流速为1-20ml/min，单电池工作温度为60～80℃。
本发明具有以下优点：
1、制备催化剂过程中，所使用的保护剂具有导质子功能，有利于其在燃料电池及水电解池中的应用。
2、制备催化剂过程中，添加相对少量的保护剂，通过制备工艺的选择以及对反应条件的调控，即可有效的控制金属纳米粒子的平均粒径。
3、所添加的导质子聚合物与金属催化剂的质量之比，符合电池催化层的组份构成对二者质量之比的要求，因此，反应产物去除杂质后，无需再去除或添加导质子聚合物即可直接用来制备电池催化层。
4、从催化剂的制备到将其应用于制备电池催化层的过程中，无需催化剂的干燥，以及催化剂浆料制备过程中的催化剂与导质子聚合物的混合工序，整个过程，简单，快捷。
5、作为保护剂的导质子聚合物均匀的分布在催化剂的周围，使得所制备的电池催化层结构更有序，有利于提高电池的性能。
附图说明
图1电池结构示意图，1-定位孔，2-不锈钢夹板，3-密封圈，4-集流网，5-膜电极三合一。
图2本发明制备的Ir纳米粒子的透射电镜图片。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明。
实施例1
准确称取400mg质量浓度为5％的Nafion溶液，加入到乙醇与水的混合液中，乙醇与水的质量之比为1∶1，搅拌6分钟后，加入含有80mgIr的H2IrCl6溶液继续搅拌30分钟，添加NaOH调节溶液的pH值为13，将溶液转移至耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下，以15℃/分钟的平均升温速率快速升温至150℃，控制反应温度在150℃，反应时间5小时，最终得到导质子聚合物修饰的Ir纳米粒子的胶体溶液。所得到的胶体溶液采用透析袋于乙醇和水的混合溶液(其中乙醇和水的质量份数分别为95％和5％)中透析处理去除有机副产物及杂质离子，透析袋的截流分子量为14000Da，得到用于制备电池催化层的催化剂浆料，其中金属催化剂的质量份数为1％。
所制备的Ir纳米粒子的投射电镜照片如图2，其平均粒径为1.3nm
用所制备的催化剂浆料制备电池电极，组装电池以评价其电池性能，过程如下：
1、气体扩散层的制备：
1)碳纸基底的疏水化处理：将基底浸渍在1wt.％的PTFE乳液中1～2分钟，取出后烘干，去除其中的水。反复进行数次上述浸泡-干燥过程，至基底层中的PTFE的含量30％。将上述疏水处理的碳纸放入焙烧炉内，升温至250℃热处理30分钟，然后将炉温升至350℃，继续焙烧30分钟，实现碳纸的疏水性。
2)微孔层的制备：将碳黑粉末和1wt.％PTFE乳液按7∶3的质量比在乙醇溶液中分散，采用超声波振荡的方法充分混合均匀后，在80℃的水浴中加热聚凝，使其成为粘稠状的浆料，以涂布法涂敷到疏水化处理过的碳纸上，使基底层平整并具有适当的孔结构。室温晾干后，在250℃下焙烧30分钟，随后在350℃下烧结30分钟，使PTFE熔融，覆盖于碳粉表面，构成疏水的气体扩散孔道。
2、电极制备：氢电极侧：将商业化的铂黑与Nafion(质量份数5％)溶液于异丙醇溶液中混合，Nafion与Pt的质量之比为0.25∶1，超声振荡使二者混合均匀得到氢电极催化剂浆料，将浆料均匀的喷涂于气体扩散层至催化剂的担载量达到0.2mgPt/cm2，烘干备用，作为氢电极；将本发明所制备的催化剂浆料均匀的喷涂于气体扩散层，至催化剂的担载量达到1mg/cm2，烘干备用，作为氧电极。
3、MEA的制备：将阳极和阴极置于DU PONT公司的Nafion212膜的两侧，置于油压机中，160℃下施以低于1.0MPa的压力，保持1分钟，使整个组件预热，然后施以约2.0MPa的压力，保持1分钟，之后迅速冷却，即制得MEA，有效面积5cm2
4、单电池的组装：电池的组装结构如图1所示，采用不锈钢网作为集流网，不锈钢板作为端板，将MEA、集流网、端板及密封材料组装成单电池。
5、电池操作条件为：燃料电池，H2/O2，气体表压为0.2MPa，阳极气体增湿温度为90℃，阴极气体增湿温度为85℃，单电池工作温度为80℃。水电解池：由氧电极侧供水，流速为10ml/分钟，单电池工作温度为80℃
测试结果表明，单电池性能，应用于燃料电池峰值功率密度为550mW/cm2；应用于水电解，1000mA/cm2电流密度下，电池端电压为1.620V。
实施例2
准确称取600mg质量浓度为5％的Nafion溶液，加入到乙醇与水的混合液中，乙醇与水的质量之比为1∶1，搅拌6分钟后，加入含有80mgIr的H2IrCl6和含有20mgRu的RuCl3溶液继续搅拌30分钟，添加NaOH调节溶液的pH值为13.5，将溶液转移至耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下，以15℃/分钟的平均升温速率快速升温至160℃，控制反应温度在160℃，反应时间5小时，最终得到导质子聚合物修饰的IrRu纳米粒子的胶体溶液。所得到的胶体溶液采用透析袋于异丙醇醇和水的混合溶液(其中异丙醇和水的质量份数分别为95％和5％)中透析处理去除有机副产物及杂质离子，透析袋的截流分子量为14000Da，得到用于制备电池催化层的催化剂浆料，其中金属催化剂的质量份数为1％。
MEA的制备，单电池组装及测试条件同实施例1，氢电极侧Pt的担量为0.2mg/cm2，氧电极侧催化剂的担载量为1mg/cm2。
测试结果表明，单电池性能，应用于燃料电池峰值功率密度为600mW/cm2；应用于水电解，1000mA/cm2电流密度下，电池端电压为1.598V。
实施例3
准确称取600mg质量浓度为5％的Nafion溶液，加入到乙醇与水的混合液中，乙醇与水的质量之比为1∶1，搅拌6分钟后，加入含有80mgIr的H2IrCl6和含有20mgSe的Na2SeO3溶液继续搅拌30分钟，添加NaOH调节溶液的pH值为12.5，将溶液转移至耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下，以15℃/分钟的平均升温速率快速升温至150℃，控制反应温度在150℃，反应时间5小时，最终得到导质子聚合物修饰的IrSe纳米粒子的胶体溶液。所得到的胶体溶液采用透析袋于乙醇和水的混合溶液(其中乙醇和水的质量份数分别为96％和4％)中透析处理去除有机副产物及杂质离子，透析袋的截流分子量为14000Da，得到用于制备电池催化层的催化剂浆料，其中金属催化剂的质量份数为1％。
MEA的制备，单电池组装及测试条件同实施例1，氢电极侧Pt的担量为0.2mg/cm2，氧电极侧催化剂的担载量为1mg/cm2。
测试结果表明，单电池性能，应用于燃料电池，峰值功率密度为540mW/cm2；应用于水电解，1000mA/cm2电流密度下，电池端电压为1.620V。
实施例4
准确称取400mg质量浓度为5％的Speek溶液，加入到甲醇与水的混合液中，甲醇与水的质量之比为1∶1，搅拌6分钟后，加入含有80mgIr的H2IrCl6溶液继续搅拌30分钟，添加NaOH调节溶液的pH值为13，将溶液转移至耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下，以15℃/分钟的平均升温速率快速升温至150℃，控制反应温度在150℃，反应时间5小时，最终得到导质子聚合物修饰的Ir纳米粒子的胶体溶液。所得到的胶体溶液采用透析袋于乙醇和水的混合溶液(其中乙醇和水的质量份数分别为96％和4％)中透析处理去除有机副产物及杂质离子，透析袋的截流分子量为14000Da，得到用于制备电池催化层的催化剂浆料，其中金属催化剂的质量份数为1％。
MEA的制备，单电池组装及测试条件同实施例1，氢电极侧Pt的担量为0.2mg/cm2，氧电极侧催化剂的担载量为1mg/cm2。
测试结果表明，单电池性能，应用于燃料电池，峰值功率密度为450mW/cm2；应用于水电解，1000mA/cm2电流密度下，电池端电压为1.635V。
实施例5
准确称取600mg质量浓度为5％的PDDA溶液，加入到乙醇与水的混合液中，乙醇与水的质量之比为1∶1，搅拌6分钟后，加入含有80mgIr的H2IrCl6和含有20mgSe的Na2SeO3溶液继续搅拌30分钟，添加NaOH调节溶液的pH值为12.5，将溶液转移至耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下以18℃/分钟的平均升温速率快速升温至150℃，，控制反应温度在150℃，反应时间5小时，最终得到导质子聚合物修饰的IrSe纳米粒子的胶体溶液。所得到的胶体溶液采用透析袋于乙醇和水的混合溶液(其中乙醇和水的质量份数分别为96％和4％)中透析处理去除有机副产物及杂质离子，透析袋的截流分子量为14000Da，得到用于制备电池催化层的催化剂浆料，其中金属催化剂的质量份数为1％。
MEA的制备，单电池组装及测试条件同实施例1，氢电极侧Pt的担量为0.2mg/cm2，氧电极侧催化剂的担载量为1mg/cm2。
测试结果表明，单电池性能，应用于燃料电池，峰值功率密度为520mW/cm2；应用于水电解，1000mA/cm2电流密度下，电池端电压为1.630V。

Claims (8)

1.一种非担载型催化剂浆料，其特征在于：该催化剂浆料由金属纳米粒子、导质子聚合物和醇水溶液组成，其中醇水溶液所占的质量份数为50～99.9％，水在醇水溶液所占的质量分数为0.01-50％；金属纳米粒子由导质子聚合物原位修饰，其中，导质子聚合物与金属纳米粒子的质量之比为0.02～1∶1；制备过程如下：
1)将质量浓度为1～20％的导质子聚合物溶液加入醇水混合溶液中，导质子聚合物溶液与醇水混合溶液的质量比为0.001～1∶1，加入质量浓度分别为0.1～30％的含有催化剂金属活性组分的可溶性前驱体溶液，其中导质子聚合物与金属元素的质量之比为0.02～1∶1，搅拌均匀后，加入碱性物质调节溶液pH值为8～14，将溶液转移至耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下，使反应体系以5～30℃/分钟的升温速率升温至90-200℃，恒温持续反应2-24小时，最终得到导质子聚合物修饰的金属纳米粒子的胶体溶液；
2)将步骤1)所得到的胶体溶液，采用透析袋于醇水溶液中透析处理去除杂质离子和有机副产物，其中透析袋的截留分子量为1K～100KDa，用于透析的醇水溶液中水所占的质量份数为0.01-50％，最后得到所述的催化剂浆料，其中所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丁二醇或丙三醇中的一种。
2.权利要求1所述的非担载型催化剂浆料，其特征在于：所述导质子聚合物为全氟磺酸树脂、磺化聚砜类树脂、磺化聚苯硫醚树脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亚胺树脂、磺化聚苯乙烯树脂和磺化聚醚醚酮树脂中任意一种；
所述金属纳米粒子为M或MN，其中：M为Ir，Ru中的一种或两种，N为Pt，Pd，Rh，Os，Au，Re，Cr，Ni，Co，Mn，Cu，Ti，Sn，V，Fe，Ga，Mo，Se，Ta，Zr中的一种或一种以上，M与N中所含元素的总的物质的量之比为0.5～10∶1。
3.一种权利要求1所述的催化剂浆料的制备方法，其特征在于：
1)将质量浓度为1～20％的导质子聚合物溶液加入醇水混合溶液中，导质子聚合物溶液与醇水混合溶液的质量比为0.001～1∶1，加入质量浓度分别为0.1～30％的含有催化剂金属活性组分的可溶性前驱体溶液，其中导质子聚合物与金属元素的质量之比为0.02～1∶1，搅拌均匀后，加入碱性物质调节溶液pH值为8～14，将溶液转移至耐压不锈钢反应釜中，在密闭的条件下，使反应体系以5～30℃/分钟的升温速率升温至90-200℃，恒温持续反应2-24小时，最终得到导质子聚合物修饰的金属纳米粒子的胶体溶液；
2)将步骤1)所得到的胶体溶液，采用透析袋于醇水溶液中透析处理去除杂质离子和有机副产物，其中透析袋的截留分子量为1K～100KDa，用于透析的醇水溶液中水所占的质量份数为0.01-50％，最后得到权利要求1所述的催化剂浆料，其中所述醇为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丁二醇或丙三醇中的一种。
4.按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于：
步骤1)中所述含有催化剂金属活性组分的可溶性前驱体为H2IrCl6、RuCl3中的一种或两种。
5.按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述金属的可溶性前驱体中还可添加有H2PtCl6，PdCl2，RhCl3，OsCl3，HAuCl4，ReCl3，Cr(NO3)3，Ni(NO3)2，Co(NO3)3，MnCl2，CuCl2，TiCl4，SnCl4，VCl4，FeCl3，Ga(NO3)3，MoCl6，Na2SeO3，TaCl5，Zr(NO3)3中的一种或一种以上。
6.按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的碱性物质为Na2CO3，NaHCO3，NaOH，K2CO3，KHCO3，KOH，NH4OH，CO(NH2)2中的一种。
7.一种权利要求1所述的催化剂浆料在燃料电池或固体聚合物水电解池中的应用，其特征在于：将权利要求1所述的催化剂浆料均匀的喷涂于气体扩散层，至催化剂的担载量达到所需值，烘干备用，作为氧电极。
8.一种权利要求1所述的催化剂浆料作为燃料电池或固体聚合物水电解池催化剂的应用，其特征在于：向权利要求1步骤1)所得到的导质子聚合物修饰的纳米粒子的胶体溶液中添加作为载体的第三组分，将胶体溶液pH值调变为1～6、或改变胶体溶液中醇与水的比例，将纳米粒子均匀的沉积于第三组分之上，制备得到有效组分分散于载体之上的担载型催化剂，且有效组分表面原位吸附导质子聚合物；
所述作为载体的第三组分为碳粉、金属陶瓷、Ti4O7或Ti0.9Ni0.1O2，其在所制备的担载型催化剂中所占的质量分数为10～99％。
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