CN103401000A - 质子交换膜燃料电池用催化剂、其制备方法及质子交换膜燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种质子交换膜燃料电池用催化剂，包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。本发明还提供了一种质子交换膜燃料电池用催化剂层的制备方法及一种质子交换膜燃料电池。实验结果表明，本发明提供的催化剂具有良好的催化性能，使用本发明提供的催化剂的质子交换膜燃料电池具有良好的放电性能。
Description
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池催化剂、其制备方法及质子交换膜燃料电池。
背景技术
质子交换膜燃料电池（PEMFCs）具有能量密度高、响应时间快、结构简单、操作方便、无污染和低噪音等优点，可作为汽车和便携式移动设备电源。目前，全球已有英国伦敦、加拿大温哥华、德国斯图加特等不少国家和城市推出了燃料电池驱动的公共汽车线路，许多国家展示了试运行的燃料电池车。中国在北京奥运会和上海世博会期间也成功推出了燃料电池驱动的大巴车和小汽车，现已有超过1000辆车在全国10多个城市试运行。随着燃料电池配套设施加氢站的快速建设，将会有更多的燃料电池车投入运行。据英国FuelCellToday和美国Fuel Cells行业统计，2012年燃料电池装机容量较2011年取得了成倍的增长。目前，PEMFCs在其商业化进程中还面临一个巨大挑战，那就是成本过高，原因是组成燃料电池的关键材料催化剂和质子交换膜价格昂贵。
燃料电池用电催化剂通常为铂或铂基合金，为降低燃料电池催化剂成本，目前主要有三种解决途径：一是希望使用非铂金属取代现有的铂基催化剂，但现有的非铂金属催化剂在燃料电池运行环境下的活性与稳定性亟待提高；二是设计全新的膜电极结构，比如在阴极使用可以再生的液体催化剂，从而使铂催化剂的用量降低，最近英国ACAL Energy公司于2013年2月26日宣称，采用这种液态阴极催化剂组成的电池已成功运行8000小时且无任何衰减；三是努力提高铂基催化剂的利用率。现有催化层中铂的利用率一般在30%左右。如果能够将电极催化层结构优化，使催化剂活性位能被更有效地利用，并保障反应顺利进行的物料传输、电子转移和质子迁移的三相界面能够很好维持，那么在相同的催化剂用量下，电池的功率密度将会得到显著提高，从而降低催化剂成本。
为使电化学反应顺利进行，高效膜电极必须具备反应物、产物以及质子、电子的连续通道。现有的电极制作方法通常是在催化剂浆液中加入Nafion溶液和造孔剂构造物料、电子和质子传输的通道。催化层中Nafion颗粒的存在能为质子传输提供通道但不可避免地覆盖部分催化剂活性位，造孔剂通常也会将杂质引入电极。目前膜电极的制备工艺根据制备对象不同分为GDL法和CCM法，两者都涉及一个热压过程。由于XC72R粒径小且属软碳，热压过程势必造成催化层中孔隙率减小，这将减弱催化层中物料传输能力和降低催化剂的利用率。由此可以看出，碳材料的物理化学性质和形貌对催化剂的活性、稳定性以及反应三相界面的维持极为关键。
鉴于上述原因，诸如碳纳米纤维、单壁碳纳米管(SWNTs)、多壁碳纳米管(MWNTs)、碳纳米卷、碳纳米角、炭气凝胶、碳纳米洋葱、中间相碳微球、碳纳米环等各种各样的新型炭材料被尝试作为催化剂载体，并都表现出不俗的电化学性能，认为是这些材料具有特殊的形貌和良好的电子导电能力。由于新型炭材料的制备大都还处于实验室阶段，因此产量小且价格与商品炭相比昂贵，还有部分新型炭材料的比表面积偏低，存在金属粒子不易在其表面均匀分散等问题，必须改进催化剂制备方法以提高其性能。
如，2006年Ramaprabhu等将自制的Pt/MWNTs（Pt/多壁碳纳米管）与商品Pt/C催化剂按重量比1:1简单混合后作为阴极催化剂，该混合催化剂对氧还原反应显示了更高的催化活性。2007年他们又将Pt/SWNTs（Pt/单壁碳纳米管）与Pt/C催化剂混合分别作为阳极和阴极催化剂，当两种催化剂按重量比1:1混合后分别作为阳极和阴极催化剂时其功率密度最高，并归因于SWNTs有更大的比表面积、良好的导电性和更多的表面基团。2008年清华大学Kang等将MWNTs加入阳极催化剂浆液，当MWNTs含量为0.5wt%时得到的质子导电率最高，因为Nafion能在MWNTs表面连续和均匀分布。哈尔滨师范大学Gao等尝试将纳米石墨负载的催化剂Pt/G与Pt/C混合后用于乙醇氧化催化剂，由于纳米石墨具有更好的导电性，当Pt/C与Pt/G重量比为10:1时混合催化剂活性和稳定性最优。Haddon等将Pt/MWNTs和Pt/SWNTs混合作为PEMFCs的阴极催化剂，发现在Pt/SWNTs中不需加入Nafion溶液，其本身就具有良好的质子导电性，但传质效果不好，当往其中加入Pt/MWNTs时能很好地改善催化层的传质效果。Pt/MWNTs和Pt/SWNTs催化剂的铂担载量分别为26.8wt%和28.5wt%，在电极催化层中Pt/MWNTs和Pt/SWNTs的铂含量分别为5～10μgPt/cm2和20～30μgPt/cm2时，在相同的功率输出时其质量活性比单一催化剂Pt/SWNTs高出3倍多。2009年通用汽车公司将XC72和Ketjen炭黑混合用于PEMFCs的阴极催化剂，得到了较优的性能，并申请了专利。
2009年Weng等将CNTs或PtRu/CNTs加入PtRu/C或PtRu/MC时，得到了比E-TEK公司相同贵金属载量催化剂更高的甲醇氧化性能。2010年Ramaprabhu等又将石墨烯和MWNTs混合作为PEMFCs的阴极催化剂，同样得出石墨烯和MWNTs重量比为1:1时单电池功率密度最大。2011年他们又将重量比为1:1的石墨烯和MWNTs负载的催化剂混合分别作为DMFCs的阳极和阴极催化剂，他们认为MWNTs阻止了石墨烯片的回叠，从而得到了比单一载体更优的性能，尽管他们的电池性能比一般课题组得到的要低得多。Kuo等将铂金属纳米粒子包埋在CNTs支撑的N-掺杂纳米炭内，其甲醇氧化活性为Pt/XC72催化剂的1.2倍。Jin等也将高长径比的MWNTs与石墨烯催化剂混合作为PEMFCs的阴极催化剂，他们认为MWNTs降低了石墨烯的电阻，并使反应物更容易接近铂催化剂，最终得到了比Pt/Graphene高4倍的最大功率密度。2012年Ramaprabhu课题组等将MWNTs包裹在石墨烯片内后担载Pt催化剂应用于PEMFCs的氧还原催化剂，也得到了比单一载体更优的功率密度，源于混合载体催化剂有更高的反应性和更大的比表面积。Hsieh等将铂通过原子层沉积法沉积到CNTs和氧化石墨烯上，得到了极优的功率密度。Zhang等将Pt纳米粒子负载于石墨烯纳米片和MWNTs混合物上，用作甲酸氧化催化剂，当石墨烯与MWNTs质量比为5:1时，催化剂表现出优异的活性和稳定性，主要归因于纳米Pd颗粒比表面积的利用率大和杂化载体良好的导电性。Huang等将炭黑与Pt/RGO充分混合后用作氧还原催化剂，他们认为炭黑能很好地阻止RGO片回叠，从而提高了催化剂的电化学活性面积和寿命，并认为RGO的二维结构是Pt流失到电解液的屏障，附近的炭黑充当活性位捕获或使溶解的Pt再成核。
从以上文献结果可以看出，将不同形貌、不同比表面积或不同导电性的碳材料混合，以一种碳材料的优点弥补另一种碳材料的不足，往往能够改善反应物/产物传输、电子传导或质子转移效果，得到更优的电池性能。但是，该方法得到的催化层中催化剂的利用率较低，得到的电池的放电性能仍然有待提高。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种用于质子交换膜燃料电池用催化剂、其制备方法及质子交换膜燃料电池，本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂具有良好的催化性能，得到的电池具有良好的放电性能。
本发明提供了一种质子交换膜燃料电池用催化剂，包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。
优选的，所述催化剂活性成分分别负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管上。
优选的，所述催化剂活性成分包括Pt、Pb、Sn、Fe、Co、Ni、RuS2、RuSe2中的一种或多种。
优选的，所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管的质量比为1～10：1～10：1～10。
优选的，所述催化剂活性成分的负载量为5wt%～80wt%。
优选的，还包括：炭黑、纳米碳纤维、石墨烯、有序多孔碳、中间相碳小球、碳纳米角、海胆状纳米炭材料、花瓣状纳米炭材料、碳纳米卷和碳气凝胶中的一种或多种。
优选的，其为阳极催化剂或阴极催化剂。
本发明还提供了一种质子交换膜燃料电池用催化剂层的制备方法，包括以下步骤：
将第一材料、第二材料和第三材料喷涂在电极上，得到催化剂层，所述第一材料、第二材料和第三材料的喷涂顺序没有限制；
所述第一材料为活性炭，第二材料为碳纳米管，第三材料为螺旋状碳纳米管，所述第一材料、第二材料和第三材料中的一种或多种上负载有催化剂活性成分。
优选的，所述第一材料、第二材料和第三材料上均负载有催化剂活性成分。
本发明还提供了一种质子交换膜燃料电池，其催化剂包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。
与现有技术相比，本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。其中，活性炭比表面积大，可以制备高担载、高分散的Pt/C、PtRu/C等催化剂，保证催化层中有足够的电化学活性面积；碳纳米管（CNTs）具有良好的电子电导率且具有一定的疏水性，能够在电极催化层中形成连续的电子传导通道和一定的孔道；螺旋状碳纳米管（CCNTs）具有丰富而规则的空隙，可以在电极催化层中形成连续反应物/产物传输通道，CCNTs经Nafion溶液处理后可望形成连续的质子迁移通道，并为催化剂颗粒提供粘附位置和空间。因此，活性炭、CNTs、CCNTs组成的催化剂构成的电极催化层能够形成三维网络状结构，具有连续的反应物/产物传输通道、质子迁移通道和电子传导通道，不仅能够改善其电子导电性能，而且能够改善其传质效果，减小各项极化损失。实验结果表明，本发明提供的催化剂具有良好的催化性能，使用本发明提供的催化剂的质子交换膜燃料电池具有良好的放电性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电极催化层的模型示意图；
图2为本发明实施例提供的催化层的第一种喷涂顺序示意图；
图3为本发明实施例提供的催化层的第二种喷涂顺序示意图；
图4为本发明实施例提供的催化层的第三种喷涂顺序示意图；
图5为本发明实施例提供的催化层的第四种喷涂顺序示意图；
图6为本发明实施例3及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；
图7为本发明实施例4～6及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；
图8为本发明实施例7～10及比较例提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；
图9为本发明实施例11提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；
图10为本发明实施例11提供的阴极催化剂的电化学活性面积曲线图；
图11为本发明实施例及比较例提供的单电池的放电性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供了一种质子交换膜燃料电池用催化剂，包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。
本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂包括活性炭，活性炭比表面积大，可以制备高担载、高分散的Pt/C、PtRu/C等催化剂，保证形成的催化层中有足够的电化学活性面积。本发明对所述活性炭没有特殊限制，XC-72、XC-72R等本领域技术人员常用的活性炭载体均可。
本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂还包括碳纳米管（CNTs），CNTs具有良好的电子电导率且具有一定的疏水性，能够在电极催化层中形成连续的电子传导通道和一定的孔道。本发明对所述CNTs并无特殊限制，本领域技术人员熟知的、可用作催化剂载体的CTNs均可。
本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂还包括螺旋状碳纳米管（CCNTs），CCNTs具有丰富而规则的空隙，可以在电极催化层中形成连续反应物/产物传输通道，CCNTs经Nafion溶液处理后可望形成连续的质子迁移通道，并为催化剂颗粒提供粘附位置和空间。
本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂还包括催化剂活性成分，其可以为可用作低温燃料电池催化剂的任意催化剂，包括但不限于Pt、Pb、Sn、Fe、Co、Ni、RuS2、RuSe2中的一种或多种，具体可以为Pt、PtRu等。
在本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂中，所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上，即其可以包括活性炭载催化剂活性成分与碳纳米管和螺旋状碳纳米管，也可以包括碳纳米管载催化剂活性成分与活性炭和螺旋状碳纳米管，还可以包括活性炭载催化剂活性成分、碳纳米管载催化剂活性成分和螺旋状碳纳米管，还可以活性炭载催化剂活性成分、碳纳米管载催化剂活性成分和螺旋状碳纳米管载催化剂活性成分。在本发明中，所述催化剂活性成分优选分别负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管上，即该催化剂包括活性炭载催化剂活性成分、碳纳米管载催化剂活性成分和螺旋状碳纳米管载催化剂活性成分。
本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂可用作阳极催化剂，也可用作阴极催化剂。当其用作阳极催化剂时，所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管的质量比优选为1～10：1～10：1～10，更优选为1～8:1:1，最优选为8:1:1；所述催化剂活性成分的负载量优选为15wt%～75wt%，更优选为30wt%～60wt%。当其用作阴极催化剂时，所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管的质量比优选为1～10：1～10：1～10，更优选为1～8:1:1，最优选为1:1:1；所述催化剂活性成分的负载量优选为5wt%～80wt%，更优选为20wt%～60wt%。
在其他一些实施例中，本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂还可以包括炭黑、纳米碳纤维、石墨烯、有序多孔碳、中间相碳小球、碳纳米角、海胆状纳米炭材料、花瓣状纳米炭材料、碳纳米卷和碳气凝胶中的一种或多种。其中，炭黑如Ketjin Black、BP2000、乙炔黑等等。本发明对上述碳材料的含量没有特殊限制。
本发明对所述催化剂的制备方法没有特殊限制，可以直接混合得到催化剂，也可以按照下文所述的方法喷涂于电极上得到催化剂层。
直接混合得到上述催化剂后，将其固化在电极上，并对其进行循环伏安测试，结果表明，本发明提供的催化剂作为阳极催化剂或阴极催化剂均具有良好的催化性能。
本发明还提供了一种质子交换膜燃料电池用催化剂层的制备方法，包括以下步骤：
将第一材料、第二材料和第三材料喷涂在电极上，得到催化剂层，所述第一材料、第二材料和第三材料的喷涂顺序没有限制；
所述第一材料为活性炭，第二材料为碳纳米管，第三材料为螺旋状碳纳米管，所述第一材料、第二材料和第三材料中的一种或多种上负载有催化剂活性成分。
本发明利用活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管的性质，分别将其喷涂在电极上，构建具有三维网络状结构的催化层。本发明对所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管的喷涂顺序没有限制，可以依次喷涂活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管，也可以依次喷涂螺旋状碳纳米管、碳纳米管和活性炭，还可以按照活性炭、碳纳米管、活性炭、螺旋状碳纳米管、活性炭和碳纳米管的顺序喷涂。
参见图1，图1为本发明实施例提供的电极催化层的模型示意图，其中，经Nafion溶液预先处理的三维螺旋状的CCNTs为Pt/XC72R催化剂和电极反应提供空间，同时也提供质子转移通道，以降低物料传输阻力和质子转移极化损失，CNTs主要功能为传递电子和使反应物和产物更好地到达反应活性位，XC72R是催化剂活性组分的优良载体。
参见图2、图3、图4和图5，图2为本发明实施例提供的催化层的第一种喷涂顺序示意图，图3为本发明实施例提供的催化层的第二种喷涂顺序示意图，图4为本发明实施例提供的催化层的第三种喷涂顺序示意图，图5为本发明实施例提供的催化层的第四种喷涂顺序示意图，在图2、图3、图4和图5中，CNSs代表螺旋状碳纳米管，CNTs代表碳纳米管，XC72代表活性炭。由图2、图3、图4和图5可知，该喷涂顺序可以为：CNSs/CNTs/XC72/XC72/CNSs/XC72/XC72/CNTs/CNSs；或者为CNTs/CNSs/XC72/XC72/CNSs/XC72/XC72/CNSs/CNTs；或者为CNTs/XC72/CNSs/XC72/CNSs/XC72/CNSs/XC72/CNTs；或者为CNSs/XC72/CNTs/XC72/CNSs/XC72/CNTs/XC72/CNSs。
相应的，所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上负载有催化剂活性成分，优选为活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管上均负载有催化剂活性成分。
在本实施例中，活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管的质量比以及催化剂活性成分的负载量均可以参考上文所述催化剂中的质量比以及负载量，本发明在此不再赘述。
依次喷涂在电极上制备得到带有催化剂层的电极后，将其制备成单电池，并测定该单电池的放电性能，结果表明，单独使用该催化剂作为阴极催化剂或者阳极催化剂，或者同时使用该催化剂作为阴极催化剂和阳极催化剂时，得到的单电池的放电性能均较好。
本发明还提供了一种质子交换膜燃料电池，其催化剂包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。
在本发明提供的质子交换膜燃料电池中，其催化剂包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。该催化剂可以作为阳极催化剂，也可以作为阴极催化剂，相应的，在该质子交换膜燃料电池中，可以仅采用上述催化剂作为阴极催化剂，或者仅采用上述催化剂作为阳极催化剂，或者采用上述催化剂同时作为阴极催化剂和阳极催化剂。
本发明对所述质子交换膜燃料电池的电极、电解质等均没有特殊限制，本领域常规使用的电极、电解质即可。
本发明提供的质子交换膜燃料电池用催化剂包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。其中，活性炭比表面积大，可以制备高担载、高分散的Pt/C、PtRu/C等催化剂，保证催化层中有足够的电化学活性面积；碳纳米管（CNTs）具有良好的电子电导率且具有一定的疏水性，能够在电极催化层中形成连续的电子传导通道和一定的孔道；螺旋状碳纳米管（CCNTs）具有丰富而规则的空隙，可以在电极催化层中形成连续反应物/产物传输通道，CCNTs经Nafion溶液处理后可望形成连续的质子迁移通道，并为催化剂颗粒提供粘附位置和空间。因此，活性炭、CNTs、CCNTs组成的催化剂构成的电极催化层能够形成三维网络状结构，具有连续的反应物/产物传输通道、质子迁移通道和电子传导通道，不仅能够改善其电子导电性能，而且能够改善其传质效果，减小各项极化损失。实验结果表明，本发明提供的催化剂具有良好的催化性能，使用本发明提供的催化剂的质子交换膜燃料电池具有良好的放电性能。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的用于质子交换膜燃料电池用催化剂、其制备方法及质子交换膜燃料电池进行描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
量取10.6mL以Pt计质量浓度为7.6mg/mL的氯铂酸溶液，在磁力搅拌下加入10mL摩尔浓度为0.5M NaOH的乙二醇溶液，调节pH值至11左右，磁力搅拌下加入120mg均匀分散的活性炭XC72R，通入氩气作为保护气，在130℃温度下磁力搅拌3小时，然后用HCl调节pH值至酸性，搅拌过夜沉降，洗涤、干燥后得到负载量为40wt%的Pt/XC72R；
量取10.6mL以Pt计质量浓度为7.6mg/mL的氯铂酸溶液，在磁力搅拌下加入10mL摩尔浓度为0.5M NaOH的乙二醇溶液，调节pH值至11左右，磁力搅拌下加入120mg均匀分散的CNTs，通入氩气作为保护气，在130℃温度下磁力搅拌3小时，然后用HCl调节pH值至酸性，搅拌过夜沉降，洗涤、干燥后得到负载量为40wt%的Pt/CNTs；
量取10.6mL以Pt计质量浓度为7.6mg/mL的氯铂酸溶液，在磁力搅拌下加入10mL摩尔浓度为0.5M NaOH的乙二醇溶液，调节pH值至11左右，磁力搅拌下加入120mg均匀分散的活性炭CCTNs，通入氩气作为保护气，在130℃温度下磁力搅拌3小时，然后用HCl调节pH值至酸性，搅拌过夜沉降，洗涤、干燥后得到负载量为40wt%的Pt/CCTNs。
实施例2
量取7.9mL以Pt计质量浓度为7.6mg/mL的氯铂酸和3.9mL以Ru计质量浓度为7.8mg/mL的三氯化钌乙二醇溶液，在磁力搅拌下加入20mL摩尔浓度为1.0M NaOH的乙二醇溶液，调节pH值至13左右，磁力搅拌下加入110mg均匀分散的活性炭XC72R，通入氩气作为保护气，在170℃温度下磁力搅拌3小时，然后用HCl调节pH值至酸性，搅拌过夜沉降，洗涤、干燥后，得到负载量为30wt%的PtRu/XC72R；
量取7.9mL以Pt计质量浓度为7.6mg/mL的氯铂酸和3.9mL以Ru计质量浓度为7.8mg/mL的三氯化钌乙二醇溶液，在磁力搅拌下加入20mL摩尔浓度为1.0M NaOH的乙二醇溶液，调节pH值至13左右，磁力搅拌下加入110mg均匀分散的CNTs，通入氩气作为保护气，在170℃温度下磁力搅拌3小时，然后用HCl调节pH值至酸性，搅拌过夜沉降，洗涤、干燥后，得到负载量为30wt%的PtRu/CNTs；
量取7.9mL以Pt计质量浓度为7.6mg/mL的氯铂酸和3.9mL以Ru计质量浓度为7.8mg/mL的三氯化钌乙二醇溶液，在磁力搅拌下加入20mL摩尔浓度为1.0M NaOH的乙二醇溶液，调节pH值至13左右，磁力搅拌下加入110mg均匀分散的CCNTs，通入氩气作为保护气，在170℃温度下磁力搅拌3小时，然后用HCl调节pH值至酸性，搅拌过夜沉降，洗涤、干燥后，得到负载量为30wt%的PtRu/CCNTs。
实施例3
将实施例1制备的Pt/XC72R、Pt/CNTs和Pt/CCNTs按照1：1：1的质量比混合均匀，得到阴极催化剂；
量取5.0g上述阴极催化剂，加入一滴18.2MΩ的去离子水润湿，随后用移液管移取1.0mL乙醇混合超声分散5分钟后加入50μL质量浓度为5%的Nafion溶液，继续分散15分钟制成催化剂浆料。用微量注射器移取25μL催化剂浆料，逐滴涂覆在直径为4.0mm、面积为0.196cm2的电极上，红外灯照射去除溶剂并使Nafion固化，得到电极；
以0.5M H2SO4作为电解液，以上述电极为电极进行循环伏安测试，测试前鼓高纯惰性气体30分钟，电催化剂的扫描范围为-0.200～1.200V(Ag/AgCl电极)，扫描速度50mV/s，室温，电极旋转速率为900转/分，结果参见图6，图6为本发明实施例3及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例2提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（7）为比较例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
由图6可知，本发明提供的催化剂作为阴极催化剂时具有良好的催化性能。
比较例1
将实施例1制备的Pt/XC72R和Pt/CNTs分别按照90：10、95：5、50：50、10：90、70：30和80：20的质量比混合均匀，分别得到阴极催化剂；
按照与实施例3相同的方法将其制作为电极，并对其进行循环伏安测试，结果表明，Pt/XC72R和Pt/CNTs质量比为70：30时，其催化性能效果最好。
以Pt/XC72R和Pt/CNTs质量比为70：30制备得到的阴极催化剂作为比较例1提供的阴极催化剂，结果参见图6，图6为本发明实施例3及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例2提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（7）为比较例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
比较例2
将实施例1制备的Pt/CNTs和Pt/CCNTs分别按照1：1、80：20、20：80的质量比混合均匀，分别得到阴极催化剂；
按照与实施例3相同的方法将其制作为电极，并对其进行循环伏安测试，结果表明，Pt/CNTs和Pt/CCNTs质量比为1：1时，其催化性能效果最好。
以Pt/CNTs和Pt/CCNTs质量比为70：30制备得到的阴极催化剂作为比较例2提供的阴极催化剂，结果参见图6，图6为本发明实施例3及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例2提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（7）为比较例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
比较例3
将实施例1制备的Pt/XC72R和Pt/CCNTs分别按照95：5、80：20和1：1的质量比混合均匀，分别得到阴极催化剂；
按照与实施例3相同的方法将其制作为电极，并对其进行循环伏安测试，结果表明，Pt/XC72R和Pt/CCNTs质量比为95：5时，其催化性能效果最好。
以Pt/XC72R和Pt/CCNTs质量比为95：5制备得到的阴极催化剂作为比较例3提供的阴极催化剂，结果参见图6，图6为本发明实施例3及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例2提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（7）为比较例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
比较例4
以实施例1制备的Pt/CCNTs作为阴极催化剂，按照与实施例3相同的方法将其制作为电极，并对其进行循环伏安测试，结果参见图6，图6为本发明实施例3及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例2提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（7）为比较例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
比较例5
以实施例1制备的Pt/CNTs作为阴极催化剂，按照与实施例3相同的方法将其制作为电极，并对其进行循环伏安测试，结果参见图5，图5为本发明实施例3及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例2提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（7）为比较例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
比较例6
以实施例1制备的Pt/XC72R作为阴极催化剂，按照与实施例3相同的方法将其制作为电极，并对其进行循环伏安测试，结果参见图6，图6为本发明实施例3及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例2提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（7）为比较例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
实施例4
将实施例1制备的Pt/XC72R、Pt/CNTs和Pt/CCNTs按照80：10：10的质量比混合均匀，得到阴极催化剂；
量取5.0g上述阴极催化剂，加入一滴18.2MΩ的去离子水润湿，随后用移液管移取1.0mL乙醇混合超声分散5分钟后加入50μL质量浓度为5%的Nafion溶液，继续分散15分钟制成催化剂浆料。用微量注射器移取25μL催化剂浆料，逐滴涂覆在直径为4.0mm、面积为0.196cm2的电极上，红外灯照射去除溶剂并使Nafion固化，得到电极；
以0.5M H2SO4作为电解液，以上述电极为电极进行循环伏安测试，测试前鼓高纯惰性气体30分钟，电催化剂的扫描范围为-0.200～1.200V(Ag/AgCl电极)，扫描速度50mV/s，室温，电极旋转速率为900转/分，结果参见图7，图7为本发明实施例4～6及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为实施例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为实施例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
由图7可知，本发明提供的催化剂作为阴极催化剂时具有良好的催化性能。
实施例5
将实施例1制备的Pt/XC72R、Pt/CNTs和Pt/CCNTs按照40：10：50的质量比混合均匀，得到阴极催化剂；
量取5.0g上述阴极催化剂，加入一滴18.2MΩ的去离子水润湿，随后用移液管移取1.0mL乙醇混合超声分散5分钟后加入50μL质量浓度为5%的Nafion溶液，继续分散15分钟制成催化剂浆料。用微量注射器移取25μL催化剂浆料，逐滴涂覆在直径为4.0mm、面积为0.196cm2的电极上，红外灯照射去除溶剂并使Nafion固化，得到电极；
以0.5M H2SO4作为电解液，以上述电极为电极进行循环伏安测试，测试前鼓高纯惰性气体30分钟，电催化剂的扫描范围为-0.200～1.200V(Ag/AgCl电极)，扫描速度50mV/s，室温，电极旋转速率为900转/分，结果参见图7，图7为本发明实施例4～6及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为实施例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为实施例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
由图7可知，本发明提供的催化剂作为阴极催化剂时具有良好的催化性能。
实施例6
将实施例1制备的Pt/XC72R、Pt/CNTs和Pt/CCNTs按照60：20：20的质量比混合均匀，得到阴极催化剂；
量取5.0g上述阴极催化剂，加入一滴18.2MΩ的去离子水润湿，随后用移液管移取1.0mL乙醇混合超声分散5分钟后加入50μL质量浓度为5%的Nafion溶液，继续分散15分钟制成催化剂浆料。用微量注射器移取25μL催化剂浆料，逐滴涂覆在直径为4.0mm、面积为0.196cm2的电极上，红外灯照射去除溶剂并使Nafion固化，得到电极；
以0.5M H2SO4作为电解液，以上述电极为电极进行循环伏安测试，测试前鼓高纯惰性气体30分钟，电催化剂的扫描范围为-0.200～1.200V(Ag/AgCl电极)，扫描速度50mV/s，室温，电极旋转速率为900转/分，结果参见图7，图7为本发明实施例4～6及比较例提供的阴极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例3提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为实施例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为实施例5提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为比较例1提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例6提供的阴极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为比较例4提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。
由图7可知，本发明提供的催化剂作为阴极催化剂时具有良好的催化性能。
实施例7
将实施例2制备的PtRu/XC72R、PtRu/CNTs和PtRu/CCNTs按照80：10：10的质量比混合均匀，得到阳极催化剂；
量取5.0g上述阳极催化剂，加入一滴18.2MΩ的去离子水润湿，随后用移液管移取1.0mL乙醇混合超声分散5分钟后加入50μL质量浓度为5%的Nafion溶液，继续分散15分钟制成催化剂浆料。用微量注射器移取25μL催化剂浆料，逐滴涂覆在直径为4.0mm、面积为0.196cm2的电极上，红外灯照射去除溶剂并使Nafion固化，得到电极；
以5M H2SO4和1M CH3OH的混合水溶液作为电解液，以上述电极为电极进行循环伏安测试，测试前鼓高纯惰性气体30分钟，电催化剂的扫描范围为-0.200～1.200V(Ag/AgCl电极)，扫描速度50mV/s，室温，电极旋转速率为900转/分，结果参见图8，图8为本发明实施例7～10及比较例提供的阳极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为实施例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例9提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为实施例10提供的阳极催化剂的循环伏安曲线。
由图8可知，本发明提供的催化剂作为阳极催化剂时具有良好的催化性能。
实施例8
将实施例2制备的PtRu/XC72R、PtRu/CNTs和PtRu/CCNTs按照60：20：20的质量比混合均匀，得到阳极催化剂；
量取5.0g上述阳极催化剂，加入一滴18.2MΩ的去离子水润湿，随后用移液管移取1.0mL乙醇混合超声分散5分钟后加入50μL质量浓度为5%的Nafion溶液，继续分散15分钟制成催化剂浆料。用微量注射器移取25μL催化剂浆料，逐滴涂覆在直径为4.0mm、面积为0.196cm2的电极上，红外灯照射去除溶剂并使Nafion固化，得到电极；
以5M H2SO4和1M CH3OH的混合水溶液作为电解液，以上述电极为电极进行循环伏安测试，测试前鼓高纯惰性气体30分钟，电催化剂的扫描范围为-0.200～1.200V(Ag/AgCl电极)，扫描速度50mV/s，室温，电极旋转速率为900转/分，结果参见图8，图8为本发明实施例7～10及比较例提供的阳极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为实施例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例9提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为实施例10提供的阳极催化剂的循环伏安曲线。
由图8可知，本发明提供的催化剂作为阳极催化剂时具有良好的催化性能。
实施例9
将实施例2制备的PtRu/XC72R、PtRu/CNTs和PtRu/CCNTs按照40：10：50的质量比混合均匀，得到阳极催化剂；
量取5.0g上述阳极催化剂，加入一滴18.2MΩ的去离子水润湿，随后用移液管移取1.0mL乙醇混合超声分散5分钟后加入50μL质量浓度为5%的Nafion溶液，继续分散15分钟制成催化剂浆料。用微量注射器移取25μL催化剂浆料，逐滴涂覆在直径为4.0mm、面积为0.196cm2的电极上，红外灯照射去除溶剂并使Nafion固化，得到电极；
以5M H2SO4和1M CH3OH的混合水溶液作为电解液，以上述电极为电极进行循环伏安测试，测试前鼓高纯惰性气体30分钟，电催化剂的扫描范围为-0.200～1.200V(Ag/AgCl电极)，扫描速度50mV/s，室温，电极旋转速率为900转/分，结果参见图8，图8为本发明实施例7～10及比较例提供的阳极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为实施例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例9提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为实施例10提供的阳极催化剂的循环伏安曲线。
由图8可知，本发明提供的催化剂作为阳极催化剂时具有良好的催化性能。
实施例10
将实施例2制备的PtRu/XC72R、PtRu/CNTs和PtRu/CCNTs按照1：1：1的质量比混合均匀，得到阳极催化剂；
量取5.0g上述阳极催化剂，加入一滴18.2MΩ的去离子水润湿，随后用移液管移取1.0mL乙醇混合超声分散5分钟后加入50μL质量浓度为5%的Nafion溶液，继续分散15分钟制成催化剂浆料。用微量注射器移取25μL催化剂浆料，逐滴涂覆在直径为4.0mm、面积为0.196cm2的电极上，红外灯照射去除溶剂并使Nafion固化，得到电极；
以5M H2SO4和1M CH3OH的混合水溶液作为电解液，以上述电极为电极进行循环伏安测试，测试前鼓高纯惰性气体30分钟，电催化剂的扫描范围为-0.200～1.200V(Ag/AgCl电极)，扫描速度50mV/s，室温，电极旋转速率为900转/分，结果参见图8，图8为本发明实施例7～10及比较例提供的阳极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为实施例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例9提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为实施例10提供的阳极催化剂的循环伏安曲线。
由图8可知，本发明提供的催化剂作为阳极催化剂时具有良好的催化性能。
比较例7
将实施例2制备的PtRu/XC72R和PtRu/CNTs分别按照80：20、70：30、90：10、50：50和95：5的质量比混合均匀，分别得到阳极催化剂；
将实施例2制备的PtRu/XC72R和PtRu/CCNTs分别按照95：5、80：20和50：50的质量比混合均匀，分别得到阳极催化剂；
将实施例2制备的PtRu/CNTs和PtRu/CCNTs分别按照80：20、50：50和20：80的质量比混合均匀，分别得到阳极催化剂；
将上述阳极催化剂按照实施例7的方法制备成为电极，并对其进行进行循环伏安测试，结果表明，质量比为80:20的PtRu/XC72R和PtRu/CNTs的催化性能最好。
以质量比为80:20的PtRu/XC72R和PtRu/CNTs作为比较例7提供的阳极催化剂，结果参见图8，图8为本发明实施例7～10及比较例提供的阳极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为实施例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例9提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为实施例10提供的阳极催化剂的循环伏安曲线。
由图8可知，本发明提供的催化剂作为阳极催化剂时具有良好的催化性能。
比较例8
分别以JM公司的PtRu/C、实施例2制备的和作为阳极催化剂，将其按照实施例7的方法制备成为电极，并对其进行进行循环伏安测试，结果表明，JM公司的PtRu/C的催化性能最好。
以JM公司的PtRu/C作为比较例8提供的阳极催化剂，结果参见图8，图8为本发明实施例7～10及比较例提供的阳极催化剂的循环伏安曲线，其中，曲线（1）为实施例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（2）为比较例7提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（3）为比较例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（4）为实施例8提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（5）为实施例9提供的阳极催化剂的循环伏安曲线；曲线（6）为实施例10提供的阳极催化剂的循环伏安曲线。
由图8可知，本发明提供的催化剂作为阳极催化剂时具有良好的催化性能。
实施例11
向JM公司的Pt/C分别加入0、5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%和30wt%的碳纳米管，混合均匀后，得到阴极催化剂。
按照实施例3提供的方法将上述阴极催化剂制备成电极，并对其进行循环伏安测试，结果参见图9，图9为本发明实施例11提供的阴极催化剂的循环伏安曲线。由图9可知，向Pt/C中添加碳纳米管得到的阴极催化剂的催化性能较好。
测试所述电极的电化学活性面积，结果参见图10，图10为本发明实施例11提供的阴极催化剂的电化学活性面积曲线图。由图10可知，向Pt/C中添加碳纳米管得到的阴极催化剂的电化学活性面积较大。
实施例12
分别将实施例1制备的Pt/XC72R、Pt/CNTs和Pt/CCNTs加入质量浓度为10wt%的Nafion乙醇溶液中，超声分散15min后分别得到XC72R浆液、CNTs浆液和CCNTs浆液，依次在PTFE薄片上喷涂XC72R浆液、CNTs浆液和CCNTs浆液，Pt/XC72R、Pt/CNTs和Pt/CCNTs的质量比为1：1：1，得到阴极，其中，Pt含量为1.0mg/cm2；
分别将实施例2制备的PtRu/XC72R、PtRu/CNTs和PtRu/CCNTs加入质量浓度为15wt%的Nafion乙醇溶液中，超声分散15min后分别得到XC72R浆液、CNTs浆液和CCNTs浆液，依次在PTFE薄片上喷涂XC72R浆液、CNTs浆液和CCNTs浆液，PtRu/XC72R、PtRu/CNTs和PtRu/CCNTs的质量比为80：10：10，得到阳极，其中，PtRu金属量为2.0mg/cm2；
以美国杜邦公司生产的
115膜为电解质，分别将阳极的催化层和阴极的催化层与
115膜的两侧接触，在180kg/cm2和135℃温度下热压制成膜电极（MEA），电极有效面积为4.0cm2。
将上述单电池在Arbin PEM/DM-FCTS上进行测试，测试条件为：甲醇水溶液浓度为2.0M，氧气作氧化剂；在80℃活化2小时后，测试电池性能，结果参见图11，图11为本发明实施例及比较例提供的单电池的放电性能。结果表明，本发明提供的单电池具有良好的放电性能。
比较例9
按照实施例12的方法制备单电池并进行测试，区别在于，以Pt/XC72R和Pt/CNTs作为阴极催化剂，并按照Pt/XC72R、Pt/CNTs的顺序喷涂，Pt/XC72R、Pt/CNTs的质量比为70:30，结果参见图11，图11为本发明实施例及比较例提供的单电池的放电性能。结果表明，本发明提供的单电池具有良好的放电性能。
比较例10
按照实施例12的方法制备单电池并进行测试，区别在于，以Pt/XC72R作为阴极催化剂，结果参见图11，图11为本发明实施例及比较例提供的单电池的放电性能。结果表明，本发明提供的单电池具有良好的放电性能。
实施例13
分别称取12mg实施例1制备的Pt/XC72R、Pt/CNTs、Pt/CCNTs催化剂，加入4mL异丙醇，超声振荡30min，加入5wt%Nafion溶液，使Nafion含量与催化剂的质量比为1:9，分别得到XC72R浆液、CNTs浆液和CCNTs浆液；依次在PTFE膜上喷涂XC72R浆液、CNTs浆液和CCNTs浆液，Pt/XC72R、Pt/CNTs和Pt/CCNTs的质量比为1：1：1，得到阴极，催化层大小为2cm×2cm；
以JM公司的45wt%PtRu/C作为阳极催化剂，按照上述方法制备得到阳极；
以美国杜邦公司生产的
115膜为电解质，分别将阳极的催化层和阴极的催化层与
115膜的两侧接触，在180kg/cm2和135℃温度下热压制成膜电极（MEA），电极有效面积为4.0cm2。
将上述单电池进行测试，结果表明，本发明提供的单电池具有良好的放电性能。
实施例14
分别称取24mg实施例2制备的PtRu/XC72R、PtRu/CNTs、PtRu/CCNTs催化剂，加入8mL异丙醇，超声振荡30min，加入5wt%Nafion溶液，使Nafion含量与催化剂的质量比为15:85，分别得到XC72R浆液、CNTs浆液和CCNTs浆液；依次在PTFE膜上喷涂XC72R浆液、CNTs浆液和CCNTs浆液，PtRu/XC72R、PtRu/CNTs和PtRu/CCNTs的质量比为8：1：1，得到阳极，催化层大小为2cm×2cm；
以JM公司的40wt%Pt/C作为阴极催化剂，按照上述方法制备得到阳极；
以美国杜邦公司生产的
115膜为电解质，分别将阳极的催化层和阴极的催化层与
115膜的两侧接触，在180kg/cm2和135℃温度下热压制成膜电极（MEA），电极有效面积为4.0cm2。
将上述单电池进行测试，结果表明，本发明提供的单电池具有良好的放电性能。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种质子交换膜燃料电池用催化剂，包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂活性成分分别负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管上。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂活性成分包括Pt、Pb、Sn、Fe、Co、Ni、RuS2、RuSe2中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管的质量比为1～10：1～10：1～10。
5.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂活性成分的负载量为5wt%～80wt%。
6.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，还包括：炭黑、纳米碳纤维、石墨烯、有序多孔碳、中间相碳小球、碳纳米角、海胆状纳米炭材料、花瓣状纳米炭材料、碳纳米卷和碳气凝胶中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，其为阳极催化剂或阴极催化剂。
8.一种质子交换膜燃料电池用催化剂层的制备方法，包括以下步骤：
将第一材料、第二材料和第三材料喷涂在电极上，得到催化剂层，所述第一材料、第二材料和第三材料的喷涂顺序没有限制；
所述第一材料为活性炭，第二材料为碳纳米管，第三材料为螺旋状碳纳米管，所述第一材料、第二材料和第三材料中的一种或多种上负载有催化剂活性成分。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一材料、第二材料和第三材料上均负载有催化剂活性成分。
10.一种质子交换膜燃料电池，其催化剂包括：活性炭、碳纳米管、螺旋状碳纳米管和催化剂活性成分；所述催化剂活性成分负载在所述活性炭、碳纳米管和螺旋状碳纳米管中的一种或多种上。
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