CN104485232B - 一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法，对导电基板上电催化活性材料薄膜进行活化处理，其中，活化处理包括等离子体处理、紫外光处理和臭氧处理中至少一种。本发明提出的DSSC用对电极的制备方法，可以去除残余在对电极孔隙结构或吸附于催化剂表面的污染物，避免或减轻CE中催化剂中毒的情况，提高对电极电催化活性。

Description

一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池材料领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法。
背景技术
染料太阳能电池(DSSCs)是有前途的光伏设备，主要是由于其成本低和效率高。通常，DSSC的有三个主要组件：光电阳极，氧化还原电解质和对电极(CE)。其中，对电极(CE)在改善DSSC性能的过程中扮演着重要角色，CE可以催化还原电解质，间接的使光敏化剂得到电子的而再生。铂(Pt)是CE的传统材料,其具有高电导率和优异的对氧化态电解质电催化还原活性，然而，Pt的高成本和低丰度却又很难满足DSSC大规模的商业应用需求。近年来，许多科研人员花费了大量精力来降低CE电极中Pt的含量或研发可替代Pt的CE材料，其中不乏一些颇具市场前景的材料，如碳材料、导电聚合物材料和无机材料(过渡金属硫化物、硒化物、碳化物和氮化物)等等。
上述低铂或非铂对电极通常具有多孔层状结构，这使CE具有较高的比表面积和较多的电催化活性位点，从一定程度上弥补了材料本身催化活性低于Pt的不足，进而提高CE的催化活性，但是在CE的多孔结构中会有造孔剂、对电极材料分散剂的分解产物(在CE制备过程中大量产生)残留，这些残留物会导致催化剂中毒，CE的催化活性也会随之降低；另外，传统的Pt对电极也会由于Pt粒子吸附杂质而导致其催化活性变差。总之，避免生产过程中对电极中催化剂中毒已经成为DSSC产业化过程中急需解决的问题。
发明内容
本发明旨在克服现有染料敏化太阳能电池用对电极上点催化材料易中毒、活性易降低的缺陷，本发明提供了一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法。
本发明提供了一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法，包括：对导电基底上电催化活性材料薄膜进行活化处理，其中，活化处理包括等离子体处理、紫外光处理和臭氧处理中至少一种。
本发明提出的DSSC用对电极的制备方法，可以去除残余在对电极孔隙结构或吸附于催化剂表面的污染物，避免或减轻CE中催化剂中毒的情况，提高对电极电催化活性；利用本发明提出的DSSC用对电极的制备方法制得的对电极应用于DSSC，能够提高电池的开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和光电转换效率(η)等光电转换性能；本发明还为染料敏化太阳能电池，尤其是对电极部件的制备及性能优化提供了全新的思路；本发明的技术方案易于实现，具有好的产业化应用前景。
较佳地，导电基底包括金属、金属氮化物、导电氧化物、或具有导电性的高分子材料。
较佳地，电催化活性材料包括铂、碳复合材料、类铂材料中的至少一种，其中，碳复合材料包括介孔碳材料和/或负载有碳化物的介孔碳材料，其中，介孔碳材料中包括碳纤维、色素碳黑、碳纳米管、碳纳米角、碳纳米棒、碳球中的至少一种；碳化物包括碳化铌、碳化钛、碳化锆、碳化铬、碳化钨、碳化钒、碳化钥、碳化钽中的至少一种；类铂材料包括金属氮化物、金属硫化物和金属磷化物中的至少一种。
较佳地，制备电催化活性材料薄膜的方法包括：
①将含有电催化材料的浆料涂覆于导电基底上，
②对涂覆好的含有电催化材料的薄膜进行热烘干处理，
③对烘干好的含有电催化材料的薄膜进行高温处理，其中涂覆的方式包括丝网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和/或喷涂法；
或者，通过磁控溅射法、热蒸镀法和/或脉冲激光溅射，制备电催化活性材料薄膜。
较佳地，电催化活性材料浆料包括0.3～30wt％电催化活性材料、1～30wt％粘结剂、1～30wt％粘度调节剂和10～95wt％溶剂，其中，粘结剂包括二氧化钛粉末、二氧化钛溶胶、二氧化锆粉末、二氧化锆溶胶、二氧化锆粉末、二氧化锡溶胶中的至少一种，粉末或溶胶中溶质的粒径为10～400nm；粘度调节剂包括纤维素、纤维素的盐、纤维素的衍生物、淀粉、淀粉的盐或淀粉的衍生物，溶剂包括醇和/或萜类化合物。
较佳地，热烘干处理的温度为60～100℃，持续时间为1～20分钟。
较佳地，高温处理的温度为150～550℃，煅烧时间为5～60分钟，在惰性气氛下进行。
较佳地，纯Pt膜的厚度为50～200纳米，以其它材质制备的电催化活性材料薄膜的厚度为5-50微米。
较佳地，等离子体活化处理过程包括在Ar/O2气氛下，以5～50sccm的流量、20～200W的功率，处理2～20分钟；
紫外光活化处理过程包括以50～5000W的功率，照射5～30分钟；
臭氧活化处理过程包括在臭氧生成量为1-150ug/mL的条件下，处理5～60分钟。
附图说明
图1为利用实施例1制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图2为利用实施例2制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图3为利用实施例3制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图4为利用实施例4制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图5为利用实施例5制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图6为利用对比例1制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图7为利用对比例2制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图8为利用对比例3制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图9为利用对比例4制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线；
图10为利用对比例5制得的对电极所组装的电池在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下测得的1-V曲线。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
为了解决上述生产过程中对电极中催化剂中毒的问题，本发明提供一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法，本方法可以去除残余在对电极孔隙结构或吸附于催化剂表面的污染物，避免或减轻CE中催化剂中毒的情况，进而制备高光电转换性能的染料敏化太阳能电池，本发明的技术方案易于实现，为染料敏化太阳能电池用的对电极制备提供了新思路。
本发明提供了一种染料敏化太阳能电池(DSSC)用对电极的制备方法。该种对电极的制备方法的实验步骤包括①在对电极基底上制备电催化活性材料薄膜，②将步骤①制得对电极进行活化处理。该种对电极的制备方法同传统的对电极制备方法相比，能够解决对电极中的催化材料中毒的问题，提高对电极电催化的活性；使利用本发明提出的方法制备的对电极应用于DSSC，能够提高电池的开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和光电转换效率(η)等光电转换性能；本发明还为染料敏化太阳能电池，尤其是对电极部件的制备及性能优化提供了全新的思路；本发明的技术方案易于实现，具有好的产业化应用前景。
该导电基底可为金属，如Ti、不锈钢等等；或金属氮化物，如Ti\TiN、不锈钢\TiN等等；或导电氧化物，如Glass\FTO、Glass\ITO、Glass\AZO、PET\FTO、PET\ITO、PET\AZO、PEN\FTO、PEN\ITO、PEN\AZO；或具有导电性的高分子材料。
所述的电催化活性材料，是铂(Pt)、碳复合材料或类铂材料的一种或几种的混合物。
碳复合材料是一种介孔碳材料，或是负载有碳化物的介孔碳材料。
所述碳化物为碳化铌、碳化钛、碳化锆、碳化铬、碳化钨、碳化钒、碳化钥、碳化钽中的一种或者其混合物。
类铂材料包括金属氮化物(如氮化钼、氮化钽、氮化钒、氮化铌、氮化锆、氮化铬、氮化钨等等)、金属硫化物(如硫化钴、硫化钨、硫化铬、硫化钼、硫化钒、硫化铌等等)和金属磷化物(如磷化钴、磷化钨、磷化铬、磷化钼、磷化钒、磷化铌等等)中的一种或者其混合物。
所述的在对电极导电基底上制备电催化活性材料薄膜方法，该制膜方法包括磁控溅射法、热蒸镀法、脉冲激光溅射、涂覆法如丝网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和喷涂法等。
所述的磁控溅射法、热蒸镀法、脉冲激光溅射所用的靶材为纯度大于99.9％铂(Pt)，Pt膜的溅射厚度为50～200nm。
所述的涂覆法的实验步骤包括①将含有电催化材料的浆料涂覆于导电基底上，②对涂覆好的含有电催化材料的薄膜进行热烘干处理，③对烘干好的含有电催化材料的薄膜进行高温处理，即得到涂覆有电催化活性材料薄膜的对电极。
含有电催化活性材料的浆料，该浆料中含有0.3～30wt％电催化活性材料、1～30wt％粘结剂、1～30wt％粘度调节剂和10～95wt％溶剂。
该浆料的匀浆分散过程通过磁力搅拌，球磨，高剪切，超声分散中的一种或多种进行。
该粘结剂为二氧化钛粉末和/或其溶胶，或二氧化锆粉末和/或其溶胶，或二氧化锡粉末和/或其溶胶，或上述粘结剂的混合物；所述粘结剂的粒径为10～400nm。
该粘度调节剂为纤维素和/或其盐和/或其衍生物；淀粉和、或其盐或其衍生物。
该溶剂为醇类，如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、苯甲醇等等；或萜类化合物，如冰片、异冰片、茨酮、茨醇、茨烷、薄荷酮、薄荷醇、松油醇等等；或N-甲基--吡咯烷酮(NMP)及其衍生物。
热烘干处理的温度为60～100℃，持续时间为1～20min。
高温处理的温度为150～550℃，煅烧时间为5～60min。
在高温处理易被氧化的对电极材料时，其过程在惰性气氛下进行。
该电催化活性材料薄膜经过高温处理后的厚度为5～50μm。
该活化处理包括等离子体处理、UV处理和臭氧处理等方式中的一种或几种方式联用。
该等离子体活化处理过程在Ar/O2气氛下，以5～50sccm的流量、20～200W的功率，处理2～20min。
该UV活化处理过程以50～5000W的功率，照射5～30min。
该臭氧活化处理过程在臭氧生成量为1-150ug/ml(优选1-100ug/ml)的条件下，处理5～60min。
本发明的有益效果：
(1)本发明提出的DSSC用对电极的制备方法，可以去除残余在对电极孔隙结构或吸附于催化剂表面的污染物，避免或减轻CE中催化剂中毒的情况，提高对电极电催化活性；
(2)利用本发明提出的DSSC用对电极的制备方法制得的对电极应用于DSSC，能够提高电池的开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和光电转换效率(η)等光电转换性能；
(3)本发明还为染料敏化太阳能电池，尤其是对电极部件的制备及性能优化提供了全新的思路；
(4)本发明的技术方案易于实现，具有好的产业化应用前景。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1：
(1)电催化材料的浆料的制备：
将20g碳纤维、5g碳纳米角粉末、5g氮化钒粉末和5g硫化钒粉末混合，之后加入15g粒径30nm二氧化钛粉末，和20g乙基纤维素，适当混匀后，加入100g N-甲基--吡咯烷酮(NMP)，离心混合30min，再球磨混合12h制得电催化材料的浆料；
(2)导电基底(ITO)的准备：
将ITO板分别用去离子水和丙酮超声清洗25min，将超声清洗后的ITO板吹干，待用；
(3)电催化材料的浆料涂覆：
利用丝网印刷法在清洗后的ITO基底上涂覆低成本电催化材料浆料，100℃下烘干5min，再在惰性气体保护下150℃高温处理15min；
(4)对电极的UV-臭氧活化处理：
将对电极进行UV-臭氧活化处理，处理过程中UV照射功率为1000W，同时臭氧生成量为100ug/ml的条件下，处理20min，即完成DSSC用对电极制备。
实施例2：
(1)电催化材料的浆料的制备：
将20g碳纤维、5g色素炭黑粉末、5g碳化钽粉末和5g磷化钨粉末混合，之后加入15g粒径200nm二氧化钛粉末，和30g乙基纤维素，适当混匀后，加入300g松油醇，高剪切混合30min，再球磨混合5h制得电催化材料的浆料；
(2)导电基底(Ti板)的准备：
将Ti板分别用去离子水和丙酮超声清洗25min，将超声清洗后的Ti板吹干，待用；
(3)电催化材料的浆料涂覆：
利用旋涂法在清洗后的Ti基底上涂覆低成本电催化材料浆料，100℃下烘干5min，再在450℃高温处理30min；
(4)对电极的UV活化处理：
将对电极进行UV活化处理，处理过程中UV照射功率为3000W，处理30min，即完成DSSC用对电极制备。
实施例3：
(1)电催化材料的浆料的制备：
将20g碳纤维、5g色素炭黑粉末粉末混合，之后加入15g粒径200nm二氧化钛粉末，和30g乙基纤维素，适当混匀后，加入10mL 5wt％氯铂酸的松油醇溶液和90g松油醇，球磨混合15h制得电催化材料的浆料；
(2)导电基底(Ti箔)的准备：
将Ti箔分别用去离子水和丙酮超声清洗25min，将超声清洗后的Ti箔吹干，待用；
(3)电催化材料的浆料涂覆：
利用钢板印刷法在清洗后的Ti箔上涂覆低成本电催化材料浆料，100℃下烘干2min，再在400℃高温处理45min；
(4)对电极的臭氧活化处理：
将对电极进行臭氧活化处理，处理过程中臭氧生成量为150ug/ml的条件下，处理60min，即完成DSSC用对电极制备。
实施例4：
(1)电催化材料的浆料的制备：
将20g碳纤维、5g色素炭黑粉末混合，之后加入15g粒径200nm二氧化钛粉末，和30g乙基纤维素，适当混匀后，加入100g N-甲基--吡咯烷酮(NMP)，离心混合30min，再球磨混合24h制得电催化材料的浆料；
(2)导电基底(TiN板)的准备：
将TiN板分别用去离子水和丙酮超声清洗25min，将超声清洗后的Ti箔吹干，待用；
(3)电催化材料的浆料涂覆：
利用刮刀刮涂法在清洗后的TiN板上涂覆电催化材料浆料，100℃下烘干2min，再在150℃高温处理10min；
(4)对电极的等离子体活化处理：
将对电极进行等离子体活化处理，处理过程在Ar/O2气氛下，以20sccm的流量、100W的功率，处理10min，即完成DSSC用对电极制备。
实施例5：
(1)导电基底(FTO)的准备：
将FTO分别用去离子水和丙酮超声清洗20min，将超声清洗后的FTO吹干，待用；
(2)Pt对电极的磁控溅射：
利用磁控溅射方法溅射99.99％的高纯铂靶材，使其在FTO导电面上的沉积厚度达到150nm；
(3)对电极的UV活化处理：
将对电极进行UV活化处理，处理过程中UV照射功率为3500W，处理5min，即完成DSSC用对电极制备。
对比例1：
(1)电催化材料的浆料的制备：
同实施例1步骤(1)；
(2)导电基底(ITO)的准备：
同实施例1步骤(2)；
(3)电催化材料的浆料涂覆：
同实施例1步骤(3)。
对比例2：
(1)电催化材料的浆料的制备：
同实施例2步骤(1)；
(2)导电基底(Ti)的准备：
同实施例2步骤(2)；
(3)电催化材料的浆料涂覆：
同实施例2步骤(3)。
对比例3：
(1)电催化材料的浆料的制备：
同实施例3步骤(1)；
(2)导电基底(Ti箔)的准备：
同实施例3步骤(2)；
(3)电催化材料的浆料涂覆：
同实施例3步骤(3)。
对比例4：
(1)电催化材料的浆料的制备：
同实施例4步骤(1)；
(2)导电基底(TiN板)的准备：
同实施例4步骤(2)；
(3)电催化材料的浆料涂覆：
同实施例4步骤(3)。
对比例5：
(1)导电基底(FTO)的准备：
同实施例5步骤(1)；
(2)Pt对电极的磁控溅射：
同实施例5步骤(2)。
效果实施例染料敏化太阳能电池光电性能测试
利用实施例1～5和对比例1～5所制得的对电极，按照如下步骤制作染料敏化太阳能电池并测试相应电池的性能。
步骤一光阳极的制备：
将二氧化钛浆料丝网印刷到FTO上，马弗炉510℃煅烧30分钟，冷却至室温后取出；
步骤二光阳极的敏化
印有二氧化钛膜的FTO置于准备好的染料溶剂中，染料溶剂为Z991的DMSO或乙腈/叔丁醇(体积混合比例为1:1)混合溶剂。浸泡24～48h取出，制得敏化后光阳极；
步骤三电池的组装
将敏化后的光阳极分别与本发明中的实施例与对比例提及的对电极使用粘合剂贴合，之后从注入孔注入电解液，电解液为常用的含碘液体电解液。之后使用薄玻璃片封住钛板上的电解液注入孔，制得电池；
步骤四电池光电转换性能测试
在AMl.5模拟太阳光下测试电池各光电转换性能参数。
结果显示：
如图1所示，利用实施例1制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.792V，短路电流(Jsc)为16.98mA/cm2，填充因子(FF)为71.73％，串联电阻(Rs)为33.65ohm和光电转换效率(η)为9.65％；
如图2所示，利用实施例2制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.798V，短路电流(Jsc)为16.82mA/cm2，填充因子(FF)为73.30％，串联电阻(Rs)为31.42ohm和光电转换效率(η)为9.83％；
如图3所示，利用实施例3制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.763V，短路电流(Jsc)为16.91mA/cm2，填充因子(FF)为71.02％，串联电阻(Rs)为35.30ohm和光电转换效率(η)为9.16％；
如图4所示，利用实施例4制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.794V，短路电流(Jsc)为16.30mA/cm2，填充因子(FF)为71.67％，串联电阻(Rs)为35.09ohm和光电转换效率(η)为9.27％；
如图5所示，利用实施例5制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.775V，短路电流(Jsc)为16.77mA/cm2，填充因子(FF)为71.29％，串联电阻(Rs)为35.35ohm和光电转换效率(η)为9.26％。
如图6所示，利用对比例1制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.750V，短路电流(Jsc)为16.73mA/cm2，填充因子(FF)为65.42％，串联电阻(Rs)为41.75ohm和光电转换效率(η)为8.21％；
如图7所示，利用对比例2制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.755V，短路电流(Jsc)为16.56mA/cm2，填充因子(FF)为65.68％，串联电阻(Rs)为41.44ohm和光电转换效率(η)为8.22％；
如图8所示，利用对比例3制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.726V，短路电流(Jsc)为16.95mA/cm2，填充因子(FF)为65.16％，串联电阻(Rs)为39.25ohm和光电转换效率(η)为8.02％；
如图9所示，利用对比例4制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.755V，短路电流(Jsc)为16.92mA/cm2，填充因子(FF)为67.15％，串联电阻(Rs)为38.68ohm和光电转换效率(η)为8.58％；
如图10所示，利用对比例5制得的对电极所组装的电池，在AMl.5，I000W/m2标准测试条件下，测得其开路电压(Voc)为0.751V，短路电流(Jsc)为16.84mA/cm2，填充因子(FF)为66.18％，串联电阻(Rs)为39.89ohm和光电转换效率(η)为8.37％。
表1实施例1～5对应电池的性能数据汇总
DSSC Voc[V] FF[％] Eff[％] Rs[ohm]
实施例1 0.792 16.98 71.73 9.65 33.65
实施例2 0.798 16.82 73.30 9.83 31.42
实施例3 0.763 16.91 71.02 9.16 35.30
实施例4 0.794 16.30 71.67 9.27 35.09
实施例5 0.775 16.77 71.29 9.26 35.35
表2对比例1～5对应电池的性能数据汇总
DSSC Voc[V] FF[％] Eff[％] Rs[ohm]
对比例1 0.750 16.73 65.42 8.21 41.75
对比例2 0.755 16.56 65.68 8.22 41.44
对比例3 0.726 16.95 65.16 8.02 39.25
对比例4 0.755 16.92 67.15 8.58 38.68
对比例5 0.751 16.84 66.18 8.37 39.89
表1为实施例1～5对应电池性能的数据汇总，表2为对比例1～5对应电池性能的数据汇总。将上述数据进行对比，可以看出：
利用本发明所提及方法所制备的对电极用于染料敏化太阳能电池，同传统的方法制得对电极相比，能够明显改善染料敏化太阳能电池的光电转换性能，包括电池的开路电压(Voc)、填充因子(FF)、串联电阻(Rs)和光电转换效率(η)等光电转换性能均有显著提升，主要是由于利用本发明所提及的制备DSSC用对电极方法，将对电极进行了活化处理，该活化处理过程可以去除残余在对电极孔隙结构或吸附于催化剂表面的污染物，避免或减轻对电极中催化剂中毒的情况，提高对电极中催化剂的催化活性，进而使DSSC的开路电压(Voc)、填充因子(FF)、串联电阻(Rs)和光电转换效率(η)等光电转换性能得到提高；
本发明的技术方案易于实现，具有好的产业化前景；本发明还为染料敏化太阳能电池，尤其是对电极部件的制备及性能优化提供了全新的思路。

Claims (9)

1.一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法，其特征在于，对导电基底上电催化活性材料薄膜进行活化处理，其中，活化处理包括等离子体处理、紫外光处理和臭氧处理中至少一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，导电基底包括金属、金属氮化物、导电氧化物、或具有导电性的高分子材料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，电催化活性材料包括铂、碳复合材料、类铂材料中的至少一种，其中，碳复合材料包括介孔碳材料和/或负载有碳化物的介孔碳材料，其中，介孔碳材料中包括碳纤维、色素碳黑、碳纳米管、碳纳米角、碳纳米棒、碳球中的至少一种；碳化物包括碳化铌、碳化钛、碳化锆、碳化铬、碳化钨、碳化钒、碳化钽中的至少一种；类铂材料包括金属氮化物、金属硫化物和金属磷化物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备电催化活性材料薄膜的方法包括：
①将含有电催化材料的浆料涂覆于导电基底上，
②对涂覆好的含有电催化材料的薄膜进行热烘干处理，
③对烘干好的含有电催化材料的薄膜进行高温处理，其中涂覆的方式包括丝网印刷、钢版印刷、棍涂法、刮刀涂敷法、旋涂法和/或喷涂法；
或者，通过磁控溅射法、热蒸镀法和/或脉冲激光溅射，制备电催化活性材料薄膜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，电催化活性材料浆料包括0. 3-30wt%电催化活性材料、1-30wt%粘结剂、1-30wt%粘度调节剂和10-95wt%溶剂，其中，粘结剂包括二氧化钛粉末、二氧化钛溶胶、二氧化锆粉末、二氧化锆溶胶、二氧化锡粉末、二氧化锡溶胶中的至少一种，粉末或溶胶中溶质的粒径为10-400 nm；粘度调节剂包括纤维素、纤维素的盐、纤维素的衍生物、淀粉、淀粉的盐或淀粉的衍生物，溶剂包括醇和/或萜类化合物。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，热烘干处理的温度为60 -100℃，持续时间为1-20分钟。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，高温处理的温度为150-550 ℃，煅烧时间为5-60 分钟，在惰性气氛下进行。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，纯Pt膜的厚度为50-200 纳米，以其它材质制备的电催化活性材料薄膜的厚度为5-50微米。
9.根据权利要求1-8中任一所述的制备方法，其特征在于，等离子体活化处理过程包括在Ar/O2气氛下，以5-50sccm的流量、20-200W的功率，处理2-20分钟；
紫外光活化处理过程包括以50-5000W的功率，照射5-30分钟；
臭氧活化处理过程包括在臭氧生成量为1-150ug/mL的条件下，处理5-60分钟。
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