CN105226298A - 质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂及其方法 - Google Patents

质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂及其方法 Download PDF

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牛文翰
陈少伟
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Abstract

本发明属于催化剂的技术领域，公开了一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂及其制备方法。所述方法为：(1)将2-氟苯胺、三价铁盐加入去离子水中，搅拌均匀，得到混合液；(2)将步骤(1)的混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，冷却，过滤，清洗，干燥，得到聚2-氟苯胺片状物；(3)将步骤(2)中的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，通入氮气，升温至750～850℃，保温反应2～3h，降温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂。所制备的催化剂比表面积大、催化性好、抗甲醇毒化能力强、耐久性好，稳定性高；制备方法简单，可应用于燃料电池领域。

Description

质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂及其方法
技术领域
本发明属于催化剂的技术领域，涉及一种多孔碳催化剂，特别涉及一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂及其制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种能够将燃料的化学能不经过热能而直接转变成电能的装置，由于其工作机理不涉及燃烧过程，因此不受卡诺循环的限制而具有很高的理论转化效率(83％)，并且具有洁净环保、噪声低、启动迅速、低工作温度、组装和维护方便、可长时间连续工作等特点。PEMFC既可制备成集中式发电站也可制备成便携式、分布式电源为航空航天、交通运输、移动通信、消费性电子产品等设备提供廉价、耐久的动力，市场潜力巨大，应用范围广阔。由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境造成的污染越来越严重，研究可替代内燃机的新型、高效能量转换装置显得尤为重要和迫切。基于上述的诸多优点，燃料电池被认为是电动汽车的最佳和最后解决方案。推广使用PEMFC技术能够减少化石能源消耗，减轻对石油进口的依赖，有效地解决城市能源短缺和环境污染等严峻问题，因而燃料电池技术受到了广泛的关注。
为满足实际应用中的功率要求，需用大量贵金属Pt作为高效催化剂促进燃料电池中速率控制步-阴极上动力学迟缓的氧还原反应(ORR)的速率。Pt催化剂寿命较短且易被燃料中或反应过程中产生的少量CO毒化而失活，同时，大量使用储量非常有限的Pt所导致的成本过高(催化剂占电池成本的50％以上)和铂资源短缺问题已成为制约PEMFC发展的主要瓶颈(Chem.Soc.Rev.2010,39,2184)。因此，创制材料丰富易得、价廉高效的催化剂对于解决PEMFC的大规模应用难题具有重大的意义。
过渡金属、氮共掺杂的多孔碳基材料因其组分、结构、属性可调，且可实现优异的电催化活性及稳定性而受到广泛关注。催化剂的结构以及其比表面积，特别是可供氧还原反应相关物质分子/离子自由通过的介孔(2-50nm)部分，在很大程度上决定了其催化活性(J.Am.Chem.Soc.2012,134,2236)。直接高温碳化具有多孔结构的碳前驱体材料如金属-有机框架材料MOF(Adv.Mater.,2014,26,1450；J.Am.Chem.Soc.,2012,134,6707.)或有机框架材料COF(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,8875.)等是制备多孔碳基催化剂的一个常用方法。但MOF或COF材料在高温碳化过程中孔道容易坍塌，难以保持其多孔结构，未能提供足够大的电化学活性面积。
为解决碳化时孔道坍塌的难题，常用方法是在碳前驱体中植入大量的硬模板如多孔SiO2和Al2O3及其纳米颗粒(J.Am.Chem.Soc.,2013,135,7823；J.Am.Chem.Soc.,2013,135,16002；Angew.Chem.,Int.Ed.2008,47,3696.)，成功合成出具有高比表面积的氮掺杂多孔碳基催化剂，其对ORR的催化活性可与商品Pt/C相媲美。但该类方法涉及许多复杂耗时的过程，如纳米模板的制备、均匀分散其于碳前驱体中、利用化学刻蚀法去除纳米模板、催化剂的分离、提纯等，不利于降低催化剂的成本和大规模生产制备，而且部分活性成分可能会在模板刻蚀移除过程中被刻蚀酸/碱破坏，未能发挥出其应有的催化性能，且可能在样品筛选过程中错过一些有潜力的催化材料。因此，无论从学术上还是工业生产上均迫切需要发展一种新型的可制备具有大比表面积多孔碳电催化剂的方法：它无需用传统的酸碱刻蚀移除模板而直接得到高活性的催化剂。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法。本发明的制备方法简单，无复杂、耗时的传统模板造孔步骤；通过直接炭化前驱体即得产品，无需模板刻蚀，活性位免遭刻蚀酸(碱)的腐蚀，最大程度保持了材料的催化性能。
本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的铁氮共掺杂多孔碳催化剂。该多孔碳基催化剂为片状结构，介孔部分的比表面积大于800m2/g，孔径大小范围为3-40nm，催化燃料电池阴极ORR的起始电位相对标准氢电极大于0.95V、在催化剂负载量为79μg/cm2的测试条件下于0.45V处的极限电流密度大于4.5mA/cm2、在+0.70V处的电子转移数大于3.90，在0.70V的恒电压条件下于含0.1MKOH的水溶液中连续工作2小时以上其电流值下降幅度小于10％，在0.70V的恒电压条件下于含有0.1MKOH和1M甲醇的水溶液中其电流值降低幅度小于5％，催化剂在0.1MKOH的水溶液中放置60天后其极化曲线的半波电位相对第1天时的值降幅不超过10mV。
本发明的再一目的在于提供上述铁氮共掺杂多孔碳催化剂的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将2-氟苯胺、三价铁盐加入去离子水中，搅拌均匀，得到混合液；
(2)将步骤(1)的混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，冷却，过滤，清洗，干燥，得到聚2-氟苯胺片状物，所述聚2-氟苯胺片状物内部嵌有大量FeOOH纳米晶体；
(3)将步骤(2)中的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，通入氮气，升温至750～850℃，保温反应2～3h，降温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂。
步骤(1)中所述三价铁盐为FeCl3，所述2-氟苯胺与三价铁盐的摩尔比为(5～6):(10～12)，所述三价铁盐与去离子水的用量比为(10～12)mmol：20mL；所述搅拌的转速为400～600rpm，搅拌的时间为8～15min。
步骤(2)中所述水热反应的温度为170～200℃，优选为180℃；所述水热反应的时间为3～6h，优选为4h；所述冷却的温度为室温，所述冷却为自然冷却；所述清洗是指依次采用乙醇和去离子水对滤渣进行清洗；所述干燥的温度为45～55℃，干燥的时间为24～28h。
步骤(3)中所述通入氮气的流速为300sccm，所述升温是在通入氮气30min后开始升温，所述升温速率为5～8℃/min，优选为5℃/min；所述保温反应的时间优选为2h，所述降温速率为5～8℃/min，优选为5℃/min。
所述铁氮共掺杂多孔碳催化剂由上述制备方法制备得到。
所述铁氮共掺杂多孔碳催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明的制备方法简单，通过一步直接水热合成内部嵌有大量FeOOH纳米晶体的聚2-氟苯胺片状物(即碳前驱体)，并不涉及复杂耗时的传统模板法造孔步骤；本发明将碳前驱体直接高温炭化得到所需催化剂，无需传统模板法中的后模板刻蚀、分离蚀、提纯等步骤，使得材料中的活性位免遭刻蚀酸(碱)的腐蚀，最大程度保持了材料的催化性能；本发明的制备方法经济且适合于大规模化生产，并可进行拓展和改造形成更通用的新型多孔碳制备方法，有着巨大的潜在应用前景；
(2)本发明制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂比表面积大、催化性好、抗甲醇毒化能力强、耐久性好，稳定性高；如：本发明的催化剂介孔部分的比表面积可达800m2/g以上，对阴极ORR的催化关键参数与商业Pt/C催化剂相比起始电位更正、扩散极限电流密度更高、低过电势条件下电子转移数更高，抗甲醇毒化能力强、耐久性好，催化剂在空气中存放60天其半波电位和极限电流仍维持起始值，表现出了很高的稳定性。
附图说明
图1为实施例1制备的内嵌有大量FeOOH纳米晶体的聚2-氟苯胺的TEM图；
图2为实施例1制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂的TEM图；
图3为实施例1制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的氧还原催化活性曲线图；
图4为实施例1制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的电子转移数及双氧水产率曲线图；
图5为实施例1制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的耐久性和抗甲醇毒化能力的曲线图；其中图5(a)为实施例1制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的耐久性曲线图；图5(b)为实施例1制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的抗甲醇毒化能力的曲线图；
图6为实施例1制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的稳定性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将6.0mmol的2-氟苯胺以及12.0mmol的FeCl3同时加入到20mL去离子水中，以500rpm的转速磁力搅拌10min，形成均匀的混合液；
(2)将步骤(1)中的混合液转移到嵌有聚四氟乙烯内套的钢制水热反应釜中，并在密封条件下于180℃水热反应4h；将水热反应釜于空气中自然冷却至室温，然后过滤，并将所得滤渣先后用乙醇和去离子水各清洗3次；最后，将清洗过的滤渣于50℃的真空烘箱中干燥24h，得到内部嵌有大量FeOOH纳米晶体的聚2-氟苯胺片状物，其结构如图1所示；
(3)将步骤(2)的内嵌有大量FeOOH纳米颗粒的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，并通入流速为300sccm的氮气，30分钟后开始升温至800℃(升温速度为5℃/min)，保温2h，然后再以5℃/min的降温速度降到室温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂，其结构如图2所示。将所得催化剂经过气体吸附实验测试，结果为表面积为935m2/g，孔径为3.8～38.6nm。
催化性能测试：
电化学测试表征是在上海晨华公司生产的CHI750E电化学工作站上以具有三电极体系的测试池中进行，其中铂丝作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，负载有催化剂的玻碳电极作为工作电极。把1mg的催化剂加入到水:异丙醇:Nafion(5％)体积比为4:1:0.025的溶液中，并超声振荡5分钟，以便得到浓度为0.78mg/mL的催化剂悬浮液，然后取20μL的催化剂悬浮液均匀涂抹在玻碳电极上并于空气中干燥，所得玻碳电极上催化剂的负载量为79.6μg/cm2，并在氧气饱和的0.1MKOH水溶液中以1600rpm的电极转速下测试催化剂的线性伏安扫描曲线(LSV)。测试结果如图3～6所示。
其中图3为本实施例制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的氧还原催化活性曲线图，从图中可知，ORR反应的极化曲线中起始电位相对标准氢电极为+0.98V且较商品Pt/C的值更大，在+0.45V处的极限电流密度为4.81mA/cm2。
图4为本实施例制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的电子转移数及双氧水产率曲线图；从图中可知，本实施例制备的催化剂在+0.70V处的电子转移数为3.97。电子转移数的曲线图中横坐标与双氧水产率的横坐标对应。
图5为本实施例制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的耐久性(如图5(a))和抗甲醇毒化能力(如图5(b))的曲线图；其中图5(a)是负载有催化剂的电极材料在0.70V的恒电压条件下于氧气饱和的0.1MKOH的水溶液中连续工作所得到的曲线图，其中图5(b)是负载有催化剂的电极材料在0.70V的恒电压条件下先于氧气饱和的0.1MKOH溶液中工作，再在500秒时加入1M甲醇的水溶液继续工作所得到的曲线图。从图5(a)中可知，负载有本实施例制备的催化剂的电极在0.70V的恒电压条件下连续工作10000秒其电流值下降6.7％；从图5(b)可知，负载有本实施例制备的催化剂的电极在0.70V的恒电压条件下于含有0.1MKOH和1M甲醇的水溶液中其电流值降低2％。
图6为本实施例制备的铁氮共掺杂多孔碳催化剂(Fe-N/C-800)以及商用的Pt/C的稳定性曲线图。从图中可以看出，本实施例制备的催化剂在0.1MKOH的水溶液中放置60天后其极化曲线的半波电位相对第1天时的值升高3mV。
实施例2
一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将5.0mmol的2-氟苯胺以及12.0mmol的FeCl3加入到20mL去离子水中，以500rpm的转速磁力搅拌10min，形成均匀的混合液；
(2)将步骤(1)中的混合液转移到嵌有聚四氟乙烯内套的钢制水热反应釜中，并在密封条件下于180℃水热反应4h；将水热反应釜于空气中自然冷却至室温，然后过滤，并将所得滤渣先后用乙醇和去离子水各清洗3次；最后，将清洗过的滤渣于50℃的真空烘箱中干燥24h，得到内部嵌有大量FeOOH纳米晶体的聚2-氟苯胺片状物。
(3)将步骤(2)的内嵌有大量FeOOH纳米颗粒的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，并通入流速为300sccm的氮气，30分钟后开始升温至800℃(升温速度为5℃/min)，保温2h，然后再以5℃/min的降温速度降到室温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂，其表面积为980m2/g，孔径为3.2-39.1nm。
电化学性能测试表征条件与实施例1测试条件相同，测得铁氮共掺杂多孔碳催化剂对ORR反应的极化曲线中起始电位相对标准氢电极为+0.98V，在+0.70V处的电子转移数为3.96，在+0.45V处的极限电流密度为4.79mA/cm2，在0.70V的恒电压条件下于含0.1MKOH的水溶液中连续工作10000秒其电流值下降6.5％，在0.70V的恒电压条件下于含有0.1MKOH和1M甲醇的水溶液中其电流值降低2％，催化剂在0.1MKOH的水溶液中放置60天后其极化曲线的半波电位相对第1天时的值不降低。
实施例3
一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将6.0mmol的2-氟苯胺以及10.0mmol的FeCl3同时加入到20mL去离子水中，以500rpm的转速磁力搅拌10min，形成均匀的混合液；
(2)将步骤(1)中的混合液转移到嵌有聚四氟乙烯内套的钢制水热反应釜中，并在密封条件下于180℃水热反应4h；将水热反应釜于空气中自然冷却至室温，然后过滤，并将所得滤渣先后用乙醇和去离子水各清洗3次；最后，将清洗过的滤渣于50℃的真空烘箱中干燥24h，得到内部嵌有大量FeOOH纳米晶体的聚2-氟苯胺片状物。
(3)将步骤(2)的内嵌有大量FeOOH纳米颗粒的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，并通入流速为300sccm的氮气，30分钟后开始升温至800℃(升温速度为5℃/min)，保温2h，然后再以5℃/min的降温速度降到室温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂，其表面积为860m2/g，孔径为3.4-39.1nm。
电化学性能测试条件与实施例1测试条件相同，测得铁氮共掺杂多孔碳催化剂对ORR反应的极化曲线中起始电位相对标准氢电极为+0.96V，在+0.70V处的电子转移数为3.95，在+0.45V处的极限电流密度为4.55mA/cm2，在0.70V的恒电压条件下于含0.1MKOH的水溶液中连续工作10000秒其电流值下降7.8％，在0.70V的恒电压条件下于含有0.1MKOH和1M甲醇的水溶液中其电流值降低2.1％，催化剂在0.1MKOH的水溶液中放置60天后其极化曲线的半波电位相对第1天时的值降低1.0mV。
实施例4
一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将5.5mmol的2-氟苯胺以及11.2mmol的FeCl3同时加入到20mL去离子水中，以500rpm的转速磁力搅拌10min，形成均匀的混合液；
(2)将步骤(1)中的混合液转移到嵌有聚四氟乙烯内套的钢制水热反应釜中，并在密封条件下于180℃水热反应4h；将水热反应釜于空气中自然冷却至室温，然后过滤，并将所得滤渣先后用乙醇和去离子水各清洗3次；最后，将清洗过的滤渣于50℃的真空烘箱中干燥24h，得到内部嵌有大量FeOOH纳米晶体的聚2-氟苯胺片状物。
(3)将步骤(2)的内嵌有大量FeOOH纳米颗粒的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，并通入流速为300sccm的氮气，30分钟后开始升温至800℃(升温速度为5℃/min)，保温2h，然后再以5℃/min的降温速度降到室温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂，其表面积为908m2/g,孔径为3.1-38.7nm。
电化学性能测试条件与实施例1测试条件相同，测得铁氮共掺杂多孔碳催化剂对ORR反应的极化曲线中起始电位相对标准氢电极为+0.95V，在+0.70V处的电子转移数为3.96，在+0.45V处的极限电流密度为4.58mA/cm2，在0.70V的恒电压条件下于含0.1MKOH的水溶液中连续工作10000秒其电流值下降8.8％，在0.70V的恒电压条件下于含有0.1MKOH和1M甲醇的水溶液中其电流值降低3.1％，催化剂在0.1MKOH的水溶液中放置60天后其极化曲线的半波电位相对第1天时的值降低2.0mV。
实施例5
一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将5.5mmol的2-氟苯胺以及11.2mmol的FeCl3同时加入到20mL去离子水中，以500rpm的转速磁力搅拌10min，形成均匀的混合液；
(2)将步骤(1)中的混合液转移到嵌有聚四氟乙烯内套的钢制水热反应釜中，并在密封条件下于180℃水热反应4h；将水热反应釜于空气中自然冷却至室温，然后过滤，并将所得滤渣先后用乙醇和去离子水各清洗3次；最后，将清洗过的滤渣于50℃的真空烘箱中干燥24h，得到内部嵌有大量FeOOH纳米晶体的聚2-氟苯胺片状物。
(3)将步骤(2)的内嵌有大量FeOOH纳米颗粒的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，并通入流速为300sccm的氮气，30分钟后开始升温至750℃(升温速度为5℃/min)，保温2h，然后再以5℃/min的降温速度降到室温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂，其表面积为850m2/g，孔径为3.3-36.7nm。
电化学性能测试表征条件与实施例1测试条件相同，测得铁氮共掺杂多孔碳催化剂对ORR反应的极化曲线中起始电位相对标准氢电极为+0.95V，在+0.70V处的电子转移数为3.95，在+0.45V处的极限电流密度为4.67mA/cm2,在0.70V的恒电压条件下于含0.1MKOH的水溶液中连续工作10000秒其电流值下降7.8％，在0.70V的恒电压条件下于含有0.1MKOH和1M甲醇的水溶液中其电流值降低1.1％，催化剂在0.1MKOH的水溶液中放置60天后其极化曲线的半波电位相对第1天时的值降低2.0mV。
实施例6
一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将5.5mmol的2-氟苯胺以及11.2mmol的FeCl3同时加入到20mL去离子水中，以500rpm的转速磁力搅拌10min，形成均匀的混合液；
(2)将步骤(1)中的混合液转移到嵌有聚四氟乙烯内套的钢制水热反应釜中，并在密封条件下于180℃水热反应4h；将水热反应釜于空气中自然冷却至室温，然后过滤，并将所得滤渣先后用乙醇和去离子水各清洗3次；最后，将清洗过的滤渣于50℃的真空烘箱中干燥24h，得到内部嵌有大量FeOOH纳米晶体的聚2-氟苯胺片状物；
(3)将步骤(2)的内嵌有大量FeOOH纳米颗粒的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，并通入流速为300sccm的氮气，30分钟后开始升温至850℃(升温速度为5℃/min)，保温2h，然后再以5℃/min的降温速度降到室温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂，其表面积为921m2/g，孔径为3.2-38.7nm。
电化学性能测试表征条件与实施例1测试条件相同，测得铁氮共掺杂多孔碳催化剂对ORR反应的极化曲线中起始电位相对标准氢电极为+0.97V，在+0.70V处的电子转移数为3.93，在+0.45V处的极限电流密度为4.69mA/cm2，在0.70V的恒电压条件下于含0.1MKOH的水溶液中连续工作10000秒其电流值下降7.5％，在0.70V的恒电压条件下于含有0.1MKOH和1M甲醇的水溶液中其电流值降低1.5％，催化剂在0.1MKOH的水溶液中放置60天后其极化曲线的半波电位相对第1天时的值不降低。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将2-氟苯胺、三价铁盐加入去离子水中，搅拌均匀，得到混合液；
(2)将步骤(1)的混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，冷却，过滤，清洗，干燥，得到聚2-氟苯胺片状物；
(3)将步骤(2)中的聚2-氟苯胺片状物置于石英管式炉中，通入氮气，升温至750～850℃，保温反应，降温，得到铁氮共掺杂多孔碳催化剂。
2.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述三价铁盐为FeCl3。
3.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述2-氟苯胺与三价铁盐的摩尔比为(5～6):(10～12)，所述三价铁盐与去离子水的用量比为(10～12)mmol：20mL。
4.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述水热反应的温度为170～200℃；所述水热反应的时间为3～6h；步骤(2)中所述清洗是指依次采用乙醇和去离子水对滤渣进行清洗；所述干燥的温度为45～55℃，干燥的时间为24～28h。
5.根据权利要求4所述质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述水热反应的温度为180℃；所述水热反应的时间为4h。
6.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述升温是在通入氮气30min后开始升温，所述升温速率为5～8℃/min；所述保温反应的时间为2～3h，所述降温速率为5～8℃/min。
7.根据权利要求6所述质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述升温速率为5℃/min；所述保温反应的时间为2h，所述降温速率为5℃/min。
8.根据权利要求1所述质子交换膜燃料电池用铁氮共掺杂多孔碳催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述搅拌的转速为400～600rpm，搅拌的时间为8～15min；步骤(2)中所述冷却的温度为室温，所述冷却为自然冷却。
9.一种由权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的铁氮共掺杂多孔碳催化剂。
10.根据权利要求9所述铁氮共掺杂多孔碳催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。
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