CN102324530B - 一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明首先采用季铵盐插层扩大蒙脱土层间距离、疏松整体结构，然后通过多元醇-水化方法将蒙脱土剥离成单层，再通过季铵盐水化反应将单层蒙脱土破碎成为50～200纳米的片层结构，最后采用纳米涂层技术将全氟磺酸树脂涂覆于蒙脱土单片层上形成具有优良质子传导能力、合适孔隙率以及独特单片层结构的燃料电池催化剂载体材料。本发明工艺简单，成本低廉，适合工业化生产，采用本发明制备的催化剂载体可广泛应用于质子交换膜燃料电池领域。

Description

一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法
一、技术领域：
本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法。
二、背景技术：
燃料电池催化剂载体应具备良好的电子(或质子)传导能力、较大的比表面积、合理的孔结构以及优异的抗腐蚀性能。目前燃料电池上使用的载体主要是高度石墨化的碳载体。但是碳载体与贵金属催化剂的相互作用弱、碳载体容易腐蚀的问题，严重影响催化剂的活性和稳定性。因此，开发廉价稳定的新型载体具有重要意义。
蒙脱土是一种自然界中广泛存在并且价格低廉的层状化合物，具有质子传导能力和电化学稳定性。但原始蒙脱土颗粒尺寸、比表面、孔隙率和质子传导能力还无法满足燃料电池催化剂载体的要求。为满足燃料电池催化剂载体的要求，需要对蒙脱土进行改性处理，其方法主要有：1)通过采用季铵盐扩层改性，中国发明专利CN101916865公开了“一种蒙脱石负载铂催化剂的制备方法”，该发明通过采用十六烷基季铵盐对蒙脱石扩层改性，并巧妙的利用蒙脱石层状结构特有的空间限域作用将Pt锚定在蒙脱石层内部，有效地降低了Pt纳米粒子的迁移和团聚提高了燃料电池催化剂的稳定性；中国发明专利CN101916868公开了“一种蒙脱土稳定钯催化剂的方法”，该发明通过离子交换扩层蒙脱土，然后将钯阳离子交换到全氟磺酸树脂插层的蒙脱土内部原位还原成纳米钯，将钯锚定在催化层内部阻碍催化剂的迁移、团聚以及流失提高了催化剂的稳定性。上述两种方法在一定程度改善了蒙脱土的性质，但是蒙脱土仍为多层结构且孔隙率小，限制了催化剂三相界面的形成，最终影响催化剂的利用率。2)通过采用机械球磨法改性，中国发明专利CN1792791公开了“片层剥离纳米蒙脱土的制备方法”，该发明采用机械球磨、化学法对钠基蒙脱土进行有机插层改性，得到了片层剥离的纳米蒙脱土。但该方法得到的改性蒙脱土颗粒尺寸不均一、质子传导能力低，无法满足燃料电池催化剂载体的要求。
三、发明内容：
本发明的目的是针对燃料电池催化剂载体要求，提供一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法。本发明首先采用季铵盐插层扩大蒙脱土层间距离、疏松整体结构，然后通过多元醇-水化方法将蒙脱土剥离成单层，再通过季铵盐水化反应将单层蒙脱土破碎成为50～200纳米的片层结构，最后采用纳米涂层技术将全氟磺酸树脂涂覆于蒙脱土单片层上形成具有优良质子传导能力、合适孔隙率以及独特单片层结构的燃料电池催化剂载体材料。
本发明的目的是这样实现的：一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法，其具体方法步骤包括
(1)十六烷基季铵盐扩层蒙脱土
按钠基蒙脱土：十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：0.5称取钠基蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵，先将钠基蒙脱土加入60℃去离子水中，超声搅拌15分钟形成质量浓度为0.05克/毫升的钠基蒙脱土悬浮液；然后将十六烷基三甲基溴化铵加入到上述钠基蒙脱土悬浮液中，60℃超声搅拌30分钟后，在100℃条件下加热回流24小时，最后冷却至60℃，经真空抽滤，60℃去离子水洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后得到十六烷基季铵盐扩层蒙脱土。
(2)单片层蒙脱土的制备
按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土：季铵盐的质量比为1：1～4称取步骤(1)所获得的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土和季铵盐，先将十六烷基季铵盐扩层蒙脱土分散在去离子水中，超声搅拌3～8小时形成质量浓度为0.01～0.1克/毫升的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液；按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液：乙二醇或丙三醇或异戊二醇的体积比为1：1～4量取乙二醇或丙三醇或异戊二醇，并将其加入十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液中，搅拌1～3小时后，转移至反应釜中，120～180℃保持4～8小时，冷却至室温，过滤，获得初次剥离的蒙脱土；然后向反应釜中加入去离子水、季铵盐和初次剥离的蒙脱土，搅拌1～3小时形成质量浓度为0.01～0.1克/毫升的初次剥离蒙脱土悬浮液，将反应釜加热至160～200℃并保持10～20小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得单片层蒙脱土。
(3)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的制备
按单片层蒙脱土：全氟磺酸树脂的质量比为1：0.1～0.8分别称取步骤(2)所得到的单片层蒙脱土和全氟磺酸树脂，先将单片层蒙脱土分散在乙醇或乙二醇或异丙醇中，50～70℃超声搅拌1～6小时形成质量浓度为0.01～0.1克/毫升的单片层蒙脱土悬浮液；然后将全氟磺酸树脂加入单片层蒙脱土悬浮液中，50～70℃超声搅拌5～20小时后，转移至反应釜中，130～140℃保持1～3小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料。
其中所述季铵盐为四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、氯化十二烷基二甲基苄基铵的其中之一。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点：
(1)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料具有二维的片层结构，片层结构上具有分布均匀的悬空键，可以增强载体与催化剂的相互作用，提高催化剂在载体上的分散性。
(2)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的片层结构有利于三相界面的形成，提高蒙脱土的质子传导能力，从而提高催化剂的利用率。
采用本发明制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料具有优良的质子传导能力、较好的电化学/热力学稳定性、合适的孔隙率以及独特的二维片层结构，可广泛作为燃料电池催化剂载体材料。
四、附图说明：
图1为实施例1所制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料在放大倍数为100000倍时的高分辨透射电镜(TEM)照片。
图2为实施例2所制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料在放大倍数为20000倍时的高倍扫描电镜(SEM)照片。
图3为实施例3所制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料以及原始钠基蒙脱土在扫描速度为2°/分钟、扫描范围为1°～90°的X射线衍射图谱(XRD)。
图中：曲线1是钠基蒙脱土XRD图谱。
曲线2是实施例3所制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料XRD图谱。
图4为实施例3所制备全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料以及对比实验中玻碳电极的循环伏安曲线。
图中：曲线1是以对比实验的玻碳电极为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂环为对电极，氮气饱和0.5摩尔/升硫酸水溶液为电解液，扫描速度为50毫伏/秒条件下的循环伏安曲线。
曲线2是以实施例3所制备全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂环为对电极，氮气饱和0.5摩尔/升硫酸水溶液为电解液，扫描速度为50毫伏/秒条件下的循环伏安曲线。
五、具体实施方式：
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
实施例1、
一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法的具体步骤如下：
(1)十六烷基季铵盐扩层蒙脱土
按钠基蒙脱土：十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：0.5称取钠基蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵，先将钠基蒙脱土加入60℃去离子水中，超声搅拌15分钟形成质量浓度为0.05克/毫升的钠基蒙脱土悬浮液；然后将十六烷基三甲基溴化铵加入到上述钠基蒙脱土悬浮液中，60℃超声搅拌30分钟后，在100℃条件下加热回流24小时，最后冷却至60℃，经真空抽滤，60℃去离子水洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后得到十六烷基季铵盐扩层蒙脱土。
(2)单片层蒙脱土的制备
按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土：四丁基溴化铵的质量比为1：1称取步骤(1)所获得的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土和四丁基溴化铵，先将十六烷基季铵盐扩层蒙脱土分散在去离子水中，超声搅拌5小时形成质量浓度为0.05克/毫升的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液；按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液：乙二醇的体积比为1：2量取乙二醇，并将其加入十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液中，搅拌3小时后，转移至反应釜中，140℃保持4小时，冷却至室温，过滤，获得初次剥离的蒙脱土；然后向反应釜中加入去离子水、四丁基溴化铵和初次剥离的蒙脱土，搅拌3小时形成质量浓度为0.01克/毫升的初次剥离蒙脱土悬浮液，将反应釜加热至180℃并保持20小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得单片层蒙脱土。
(3)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的制备
按单片层蒙脱土：全氟磺酸树脂的质量比为1：0.5分别称取步骤(2)所得到的单片层蒙脱土和全氟磺酸树脂，先将单片层蒙脱土分散在乙醇中，50℃超声搅拌3小时形成质量浓度为0.1克/毫升的单片层蒙脱土悬浮液；然后将全氟磺酸树脂加入单片层蒙脱土悬浮液中，50℃超声搅拌10小时后，转移至反应釜中，140℃保持1小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料。
制备好的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料用透射电镜测试得到图1中的高分辨透射电镜(TEM)照片。
实施例2、
一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法的具体步骤如下：
步骤(1)同实施例1中步骤(1)。
(2)单片层蒙脱土的制备
按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土：氯化十二烷基二甲基苄基铵的质量比为1：2称取步骤(1)所获得的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土和氯化十二烷基二甲基苄基铵，先将十六烷基季铵盐扩层蒙脱土分散在去离子水中，超声搅拌3小时形成质量浓度为0.1克/毫升的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液；按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液：丙三醇的体积比为1：1量取丙三醇，并将其加入十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液中，搅拌2小时后，转移至反应釜中，180℃保持8小时，冷却至室温，过滤，获得初次剥离的蒙脱土；然后向反应釜中加入去离子水、氯化十二烷基二甲基苄基铵和初次剥离的蒙脱土，搅拌1小时形成质量浓度为0.05克/毫升的初次剥离蒙脱土悬浮液，将反应釜加热至200℃并保持10小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得单片层蒙脱土。
(3)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的制备
按单片层蒙脱土：全氟磺酸树脂的质量比为1：0.1分别称取步骤(2)所得到的单片层蒙脱土和全氟磺酸树脂，先将单片层蒙脱土分散在异丙醇中，60℃超声搅拌1小时形成质量浓度为0.01克/毫升的单片层蒙脱土悬浮液；然后将全氟磺酸树脂加入单片层蒙脱土悬浮液中，60℃超声搅拌5小时后，转移至反应釜中，130℃保持3小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料。
制备好的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料用扫描电镜测试得到图2中的高倍扫描电镜(SEM)照片。
实施例3、
一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法的具体步骤如下：
步骤(1)同实施例1中步骤(1)。
(2)单片层蒙脱土的制备
按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土：十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：4称取步骤(1)所获得的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵，先将十六烷基季铵盐扩层蒙脱土分散在去离子水中，超声搅拌8小时形成质量浓度为0.01克/毫升的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液；按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液：异戊二醇的体积比为1：4量取异戊二醇，并将其加入十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液中，搅拌1小时后，转移至反应釜中，120℃保持6小时，冷却至室温，过滤，获得初次剥离的蒙脱土；然后向反应釜中加入去离子水、十六烷基三甲基溴化铵和初次剥离的蒙脱土，搅拌2小时形成质量浓度为0.1克/毫升的初次剥离蒙脱土悬浮液，将反应釜加热至160℃并保持15小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得单片层蒙脱土。
(3)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的制备
按单片层蒙脱土：全氟磺酸树脂的质量比为1：0.8分别称取步骤(2)所得到的单片层蒙脱土和全氟磺酸树脂，先将单片层蒙脱土分散在乙二醇中，70℃超声搅拌6小时形成质量浓度为0.05克/毫升的单片层蒙脱土悬浮液；然后将全氟磺酸树脂加入单片层蒙脱土悬浮液中，70℃超声搅拌20小时后，转移至反应釜中，135℃保持2小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料。
制备好的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料用XRD测试得到图3中的X射线衍射图谱。
(4)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的电化学测试
称取2毫克第(3)步所制得的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料加入到200微升无水乙醇溶液中超声振荡10分钟分散均匀后，微量进样器吸取5微升滴于玻碳电极上，60℃下保持2小时。以此电极为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂环为对电极，氮气饱和0.5摩尔/升得硫酸水溶液为电解液，扫描速度为50毫伏/秒条件下进行循环伏安扫描得到循环伏安曲线，对应图4中曲线2。
对比实验：
玻碳电极电化学测试的具体步骤如下：
以玻碳电极为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂环为对电极，氮气饱和0.5摩尔/升硫酸水溶液为电解液，扫描速度为50毫伏/秒条件下进行循环伏安扫描得到循环伏安曲线，对应图4中曲线1。
本发明的试验结果：
由透射电镜照片(图1)可以看出，采用本发明所制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料是破碎的蒙脱土单片层状，单片层蒙脱土的颗粒大小为50～200纳米。
由扫描电镜照片(图2)可以看出，采用本发明所制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料为单片层结构，大小约为0.2微米。
由XRD图谱(图3)可以看出，采用本发明所制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料，层间距离得到扩大，蒙脱土的d001晶面间距由原来的1.23纳米扩大到2.68纳米。原蒙脱土15°附近的衍射峰也负移到7.6°，说明蒙脱土的整体结构变为疏松、片层得到细化。
由循环伏安曲线(图4)可以看出，采用本发明所制备的全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料具备优良的质子传导能力。

Claims (5)

1.一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法，其具体方法步骤包括 
(1)十六烷基季铵盐扩层蒙脱土 
按钠基蒙脱土：十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：0.5称取钠基蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵，先将钠基蒙脱土加入60℃去离子水中，超声搅拌15分钟形成质量浓度为0.05克/毫升的钠基蒙脱土悬浮液；然后将十六烷基三甲基溴化铵加入到上述钠基蒙脱土悬浮液中，60℃超声搅拌30分钟后，在100℃条件下加热回流24小时，最后冷却至60℃，经真空抽滤，60℃去离子水洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后得到十六烷基季铵盐扩层蒙脱土； 
其特征在于： 
(2)单片层蒙脱土的制备 
按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土：季铵盐的质量比为1：1～4称取步骤(1)所获得的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土和季铵盐，先将十六烷基季铵盐扩层蒙脱土分散在去离子水中，超声搅拌3～8小时形成质量浓度为0.01～0.1克/毫升的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液；按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液：乙二醇或丙三醇或异戊二醇的体积比为1：1～4量取乙二醇或丙三醇或异戊二醇，并将其加入十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液中，搅拌1～3小时后，转移至反应釜中，120～180℃保持4～8小时，冷却至室温，过滤，获得初次剥离的蒙脱土；然后向反应釜中加入去离子水、季铵盐和初次剥离的蒙脱土，搅拌1～3小时形成质量浓度为0.01～0.1克/毫升的初次剥离蒙脱土悬浮液，将反应釜加热至160～200℃并保持10～20小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得单片层蒙脱土； 
(3)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的制备 
按单片层蒙脱土：全氟磺酸树脂的质量比为1：0.1～0.8分别称取步骤(2)所得到的单片层蒙脱土和全氟磺酸树脂，先将单片层蒙脱土分散在乙醇或乙二醇或异丙醇中，50～70℃超声搅拌1～6小时形成质量浓度为0.01～0.1克/毫升的单片层蒙脱土悬浮液；然后将全氟磺酸树脂加入单片层蒙脱土悬浮液中，50～70℃超声搅拌5～20小时后，转移至反应釜中，130～140℃保持1～3小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料。 
2.按照权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于所述的季铵盐为四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、氯化十二烷基二甲基苄基铵的其中之一。 
3.按照权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(2)～(3)： 
(2)单片层蒙脱土的制备 
按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土：四丁基溴化铵的质量比为1：1称取步骤(1)所获得的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土和四丁基溴化铵，先将十六烷基季铵盐扩层蒙脱土分散在去离子水中，超声搅拌5小时形成质量浓度为0.05克/毫升的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液；按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液：乙二醇的体积比为1：2量取乙二醇，并将其加入十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液中，搅拌3小时后，转移至反应釜中，140℃保持4小时，冷却至室温，过滤，获得初次剥离的蒙脱土；然后向反应釜中加入去离子水、四丁基溴化铵和初次剥离的蒙脱土，搅拌3小时形成质量浓度为0.01克/毫升的初次剥离蒙脱土悬浮液，将反应釜加热至180℃并保持20小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得单片层蒙脱土； 
(3)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的制备 
按单片层蒙脱土：全氟磺酸树脂的质量比为1：0.5分别称取步骤(2)所得到的单片层蒙脱土和全氟磺酸树脂，先将单片层蒙脱土分散在乙醇中，50℃超声搅拌3小时形成质量浓度为0.1克/毫升的单片层蒙脱土悬浮液；然后将全氟磺酸树脂加入单片层蒙脱土悬浮液中，50℃超声搅拌10小时后，转移至反应釜中，140℃保持1小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料。 
4.按照权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(2)～(3)： 
(2)单片层蒙脱土的制备 
按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土：氯化十二烷基二甲基苄基铵的质量比为1：2称取步骤(1)所获得的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土和氯化十二烷基二甲基苄基铵，先将十六烷基季铵盐扩层蒙脱土分散在去离子水中，超声搅拌3小时形成质量浓度为0.1克/毫升的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液；按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液：丙三醇的体积比为1：1量取丙三醇，并将其加入十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液中，搅拌2小时后，转移至反应釜中，180℃保持8小时，冷却至室温，过滤，获得初次剥离的蒙脱土；然后向反应釜中加入去离子 水、氯化十二烷基二甲基苄基铵和初次剥离的蒙脱土，搅拌1小时形成质量浓度为0.05克/毫升的初次剥离蒙脱土悬浮液，将反应釜加热至200℃并保持10小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得单片层蒙脱土； 
(3)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的制备 
按单片层蒙脱土：全氟磺酸树脂的质量比为1：0.1分别称取步骤(2)所得到的单片层蒙脱土和全氟磺酸树脂，先将单片层蒙脱土分散在异丙醇中，60℃超声搅拌1小时形成质量浓度为0.01克/毫升的单片层蒙脱土悬浮液；然后将全氟磺酸树脂加入单片层蒙脱土悬浮液中，60℃超声搅拌5小时后，转移至反应釜中，130℃保持3小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料。 
5.按照权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池催化剂载体的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(2)～(3)： 
(2)单片层蒙脱土的制备 
按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土：十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：4称取步骤(1)所获得的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵，先将十六烷基季铵盐扩层蒙脱土分散在去离子水中，超声搅拌8小时形成质量浓度为0.01克/毫升的十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液；按十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液：异戊二醇的体积比为1：4量取异戊二醇，并将其加入十六烷基季铵盐扩层蒙脱土悬浮液中，搅拌1小时后，转移至反应釜中，120℃保持6小时，冷却至室温，过滤，获得初次剥离的蒙脱土；然后向反应釜中加入去离子水、十六烷基三甲基溴化铵和初次剥离的蒙脱土，搅拌2小时形成质量浓度为0.1克/毫升的初次剥离蒙脱土悬浮液，将反应釜加热至160℃并保持15小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得单片层蒙脱土； 
(3)全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料的制备 
按单片层蒙脱土：全氟磺酸树脂的质量比为1：0.8分别称取步骤(2)所得到的单片层蒙脱土和全氟磺酸树脂，先将单片层蒙脱土分散在乙二醇中，70℃超声搅拌6小时形成质量浓度为0.05克/毫升的单片层蒙脱土悬浮液；然后将全氟磺酸树脂加入单片层蒙脱土悬浮液中，70℃超声搅拌20小时后，转移至反应釜中，135℃保持2小时，最后冷却至室温，经真空抽滤，去离子水洗涤3次和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥24小时，研磨后获得全氟磺酸树脂涂覆单片层蒙脱土燃料电池催化剂载体材料。 
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