CN110600752A - 一种H2气相热还原制备碳载Pt合金催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种H2气相热还原制备低铂Pt基合金催化剂的方法，所述制备方法包括以下步骤：1)加入沉淀剂或螯合剂，将Pt前驱体进行鳌合和沉降；2)加入沉淀剂或螯合剂，进行非贵金属合金组分的鳌合和沉降；3)将步骤1)、2)中沉降物均匀混合并负载在碳载体上；4)将步骤3)所得物经离心、洗涤、干燥获得前驱体；5)将所述前驱体在H2气氛下热解还原，控制还原温度和时间，从而获得高活性铂合金催化剂。该催化剂形成纳米多边形结构，具有优异的催化活性和稳定性。催化剂制备方法简单，具有贵金属载量可调、活性高、性能稳定的特点，在催化氧还原反应和燃料电池领域有重要应用价值。

Description

一种H2气相热还原制备碳载Pt合金催化剂的方法
技术领域
本发明属于电化学催化技术领域，具体是关于一种高性能低Pt合金催化剂的制备方法，该催化剂对氧还原过程具有良好催化活性，在燃料电池和氧还原催化过程具有重要价值和应用。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将化学能转化为电能的装置，具有能量转换效率高、室温下快速启动、环保、无噪音等优点，已广泛应用于热电联产、固定电站、交通运输、便携式电源等领域(Zhao Zipeng et al.,Advanced materials,2019)。由于燃料电池阴极氧还原反应(ORR)动力学缓慢，需要大量使用贵金属Pt催化剂，导致其成本较高。另外，催化剂活性的衰减等因素限制了PEMFC的寿命。催化剂对PEMFC成本和寿命最直接和最关键的影响在于：催化剂中贵金属Pt的大量使用造成PEMFC应用具有巨大的成本负担；催化剂活性的损失导致电池性能衰减。因此，开发低Pt、高活性、高稳定性的ORR催化剂是PEMFC的研究重点，也是巨大挑战(Uzunoglu,Aytekin et al.,Journal of AppliedElectrochemistry,2017)。当前，Pt基催化剂的研究集中在：Pt单质的晶面效应、尺寸与形貌效应，Pt合金的几何效应与电子效应，Pt核壳结构的核与壳的晶格应力效应与电子效应，外来物种对Pt基氧还原催化剂的表面改性等(Saedy,S.et al.,Journal of MaterialsChemistry A,2017)，旨在降低催化剂中Pt用量，提高Pt利用率，降低催化剂成本，同时保证和提高催化剂的活性和寿命。
Pt/C电催化剂是目前PEMFC中最常用的一种催化剂，该催化剂在传统Pt黑基础上对Pt颗粒进行纳米化，从而获得较小的粒径尺寸，同时用高导电性炭黑进行担载，获得高分散催化剂(WU J B et al.,Accounts of Chemical Research,2013)。Pt/C催化剂活性与Pt的粒径有关，即存在明显的粒径尺寸效应(SHAO M H et al.,Nano Letters,2011)；Pt平均粒径从1nm增大到5nm，纳米粒子的面积比活性增大。Pt不同晶面表现出不同ORR活性，由于OH*与不同晶面的吸附作用不同，OH*在Pt(110)与Pt(111)晶面上的吸附最弱，覆盖度低ORR活性高(MARKOVIC N,Journal of the Electrochemical Society,1997；MARKOVIC N M etal.,Surface Science Reports,2002)。目前，Pt单一组分催化剂，主要是通过控制形貌、选择性暴露优势晶面来提高催化活性(ZHOU W et al.,Nano Letters,2013；KANG Y J etal.,Acs Nano,2013；CHEN J Y et al.,Nano Today,2009)。由于ORR仅发生在催化剂表面，只有表面原子起到催化作用，传统Pt/C催化剂Pt利用率较低。Pt合金催化剂是ORR催化剂的研究热点，通过引入除Pt之外的廉价过渡金属元素获得新的催化剂结构和性能，Pt合金化可以表现出高于纯Pt的ORR活性。PtM合金催化剂(M＝Ni(GUMECI C et al.,Journal ofthe Electrochemical Society,2012；HUANG X Q et al.,Advanced Materials,2013；CUIC H et al.,Nano Letters,2012；CALDWELL K M et al.,Journal of PhysicalChemistry C,2015)、Co(LIU S H et al.,Applied Catalysis B-Environmental,2011；LIN R et al.,Journal of Power Sources,2015；SIEVERS G et al.,Journal of PowerSources,2014)、Cr(JEON M K et al.,ElectrochimicaActa,2010)、Mn(AMMAM M et al.,Journal of Power Sources,2013)、Fe(JANG J H et al.,Scientific Reports,2013)等同样表现出了优异的ORR活性。Pt合金化可以改变其d带中心(d-band center)和催化剂表面原子排布，进而改变催化剂的表面性质和ORR中间物种在催化剂表面键合强度(STEPHENSI E L et al.,Energy&Environmental Science,2012)。含氧物种在催化剂表面的吸附对其ORR动力学过程有着重要影响，催化剂表面吸附性能的改变对于提高催化剂活性具有重要意义，并减少催化剂中Pt含量，有助于降低催化剂和燃料电池的成本。
发明内容
当前，PEMFC中主要使用Pt基催化剂，Pt催化剂的活性对PEMFC电池性能和使用寿命有决定性的影响，在PEMFC批量化生产的过程中，催化剂成本占燃料电池成本的43％以上，因此高性能Pt合金催化剂的研究具有重要意义。本发明的意义在于可采用一种H2气相热还原的方法制备碳载Pt合金催化剂，催化剂制备方法简单，原料来源广泛易得，且有利于大规模制备，通过催化剂的合金化可以降低贵金属的用量，提高Pt利用率，并提升催化剂的性能。
本发明的具体技术方案如下:
一种H2气相热还原制备碳载Pt合金催化剂的方法，具体制备步骤如下：
1)贵金属Pt前驱体的固定：加入沉淀剂或鳌合剂，进行Pt前驱体的初步固定，将Pt前驱体进行充分鳌合和沉降；所述Pt前驱体固定反应实施温度为20～60℃，反应时间为2～6h；
2)非贵金属前驱体的固定：加入沉淀剂或螯合剂，进行合金离子的初步固定，将非贵金属合金组分进行充分鳌合和沉降；所述非贵金属前驱体固定反应实施温度为20～60℃，反应时间为2～6h；
3)金属前驱体的负载：将1)、2)中Pt及合金组分前驱体的固定和沉降物均匀混合并负载在碳载体上；所述前驱体负载过程的实施温度为20～60℃，反应时间为4～15h；
4)混合前驱体的获得：将步骤3)获得混合沉降物经离心、洗涤、干燥获得混合前驱体；干燥温度为常温～150℃，时间为4h～12h；
5)H2热解还原Pt合金催化剂：将混合前驱体在H2气氛下热解还原，控制还原温度和时间，热解温度为200～750℃，反应时间为2～8h，升温速率为2～10℃/min，从而获得高活性铂合金催化剂。
进一步，所述的Pt前驱体的沉淀剂或螯合剂包括氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、乙二胺、1，10-邻二氮杂菲或2,2’-联吡啶等中的一种或几种的混合物；沉淀剂或螯合剂的加入量为制备条件下饱和溶解度质量到0～50％的过量量。
所述的Pt前驱体包括H2PtCl6、K2PtCl4、氯铂酸铵、乙酰丙酮铂、Pt(NH3)6Cl2、Pt(NH3)4Cl2、Pt(NO2)2(NH3)2等中的一种或几种的混合物；所述的Pt前驱体溶液的浓度为0.1mM～1M，加入量为0.1～50mL。
溶剂形式包括H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇等中的一种或几种的混合溶液。
进一步，所述合金离子包括Co2+、Ni2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+、Mn2+、Mo5+、Zr4+、Ag+等3d、4d过渡金属中的一种或两种以上；所述合金离子浓度为0.001M～1M，加入量为0.1～50mL。
所述合金离子的沉淀剂或螯合剂包括：草酸、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠、硫代硫酸钠、硫化钠、辛可宁、单宁、动物胶等中的一种或两种以上；沉淀剂或螯合剂的加入量为制备条件下饱和溶解度质量到0～50％的过量量。
所述反应溶剂包括：H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇等中的一种或几种的混合溶液。
进一步，所述负载的碳载体包括Vulcan XC-72、BP2000、EC300、EC300J、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、Ketjenblack等高导电性高比表面积的碳导电碳材料；
所述分散溶剂包括：H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇等中的一种或几种的混合溶液。分散方法为超声、搅拌等。
所述负载型碳载合金催化剂中金属组分担载量范围5～70％，碳载体质量分数30～95％。
进一步，所述混合前驱体的H2热解气氛为高纯H2、H2/N2(任意比混合)、H2/Ar(任意比混合)、H2/He(任意比混合)、H2/CO、H2/CO2或H2/NH3等中的一种或几种混合气；气体流量10～500mL/min。
由上述方法制备的Pt基催化剂是一种高活性碳载铂合金催化剂；其特征在于在H2气相热解还原条件下制备的Pt合金催化剂形成分散的纳米多边形结构，具有优异的催化活性和稳定性。催化剂制备方法简单，具有贵金属载量可调、活性高、性能稳定的特点，在催化氧还原反应和燃料电池领域有重要应用价值。
所述催化剂表面元素分析碳原子百分比85～95％，O元素元素原子百分比3～10％；Pt载量1～40％，金属粒径尺寸1～8nm。催化剂Pt用量低，但氧还原活性可以媲美商用Pt/C催化剂，对降低催化剂成本，减少Pt等贵金属的使用有重要意义。
为实现上述目的，本发明的具体的制备步骤包括：
(1)首先，加入沉淀剂或鳌合剂，进行Pt前驱体的初步固定，将Pt前驱体进行充分鳌合和沉降；所述Pt前驱体固定反应实施温度为20～60℃，反应时间为2～6h；
(2)其次，加入沉淀或螯合剂，进行合金离子的初步固定，将非贵金属合金组分进行充分鳌合和沉降；所述非贵金属前驱体固定反应实施温度为20～60℃，反应时间为2～6h；
(3)将Pt及合金组分前驱体的固定物和沉降物均匀混合并负载在碳载体上；所述前驱体负载过程的实施温度为20～60℃，反应时间为4～15h；
(4)将获得混合沉降物经离心、洗涤、干燥获得混合前驱体；干燥温度为常温～150℃，时间为4h～12h；
(5)将干燥的混合前驱体在H2气氛下热解还原，控制还原温度和时间，热解温度为200～750℃，反应时间为2～8h，升温速率为2～10℃/min，从而获得高活性铂合金催化剂。
所述的Pt前驱体的沉淀剂或螯合剂包括氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、乙二胺、1，10-邻二氮杂菲或2,2’-联吡啶等中的一种或几种的混合物；沉淀剂或螯合剂的加入量为制备条件下饱和溶解度质量到0～50％的过量量。
所述的Pt前驱体包括H2PtCl6、K2PtCl4、氯铂酸铵、乙酰丙酮铂、Pt(NH3)6Cl2、Pt(NH3)4Cl2、Pt(NO2)2(NH3)2等中的一种或几种的混合物；所述的Pt前驱体溶液的浓度为0.1mM～1M，加入量为0.1～50mL。
所述的Pt前驱体分散溶剂形式包括H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇等中的一种或几种的混合溶液。
所述合金离子包括Co2+、Ni2+、Fe3+、Fe2+、Cu2+、Mn2+、Mo5+、Zr4+、Ag+等3d、4d过渡金属中的一种或两种以上；所述合金离子浓度为0.001M～1M，加入量为0.1～50mL。
所述合金离子的沉淀剂或螯合剂包括：草酸、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠、硫代硫酸钠、硫化钠、辛可宁、单宁、动物胶等中的一种或两种以上；沉淀剂或螯合剂的加入量为制备条件下饱和溶解度质量到0～50％的过量量。
所述合金离子反应溶剂包括：H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇等中的一种或几种的混合溶液。
所述负载的碳载体包括Vulcan XC-72、BP2000、EC300、EC300J、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、Ketjenblack等高导电性高比表面积的碳导电碳材料；
所述碳载体分散溶剂包括：H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇等中的一种或几种的混合溶液。分散方法为超声、搅拌等。
所述负载型碳载合金催化剂中金属组分担载量范围5～70％，碳载体质量分数30～95％。
所述混合前驱体的H2热解气氛为高纯H2、H2/N2(任意比混合)、H2/Ar(任意比混合)、H2/He(任意比混合)、H2/CO、H2/CO2或H2/NH3等中的一种或几种混合气；气体流量10～500mL/min。
所述催化剂表面元素分析碳原子百分比85～95％，O元素元素原子百分比3～10％；Pt载量1～40％，金属粒径尺寸1～8nm。催化剂Pt用量低，但氧还原活性可以媲美商用Pt/C催化剂，对降低催化剂成本，减少Pt等贵金属的使用有重要意义。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过一种H2气相热还原的方法制备了碳载Pt合金催化剂，特别是一种组分、含量可调的Pt与非贵金属合金化的纳米多边形结构催化剂，该制备方法操作简单，易于放大，具有贵金属载量可控、活性高、性能稳定的特点，在催化氧还原反应和燃料电池领域有重要应用价值。
(2)该Pt合金催化剂的制备首先通过选择合适的沉淀剂或螯合剂分别进行Pt离子和非贵金属离子的沉淀或鳌合固定，然后将初级前驱体分散负载到碳载体上，通过离心、干燥获得混合前驱体，再在H2气氛作用下，热解还原获得高活性Pt合金催化剂。该催化剂具有优异的催化活性和稳定性。催化剂制备方法简单，具有贵金属载量可调、活性高、性能稳定的特点，适合批量化生产和放大，在催化氧还原反应和燃料电池领域有重要应用价值。
(3)通过线性电压扫描、循环伏安等电化学测试，证明该催化剂具有高ORR催化活性，优于商用Pt/C催化剂，对降低催化剂成本，减少Pt等贵金属的使用有重要意义。
(4)一系列的物理表征证明，该合金催化剂主要形成纳米多边形结构负载在高比表面碳载体上，制备催化剂的Pt用量降低，活性提高，氧还原活性可以媲美商用Pt/C催化剂，对降低催化剂成本，减少Pt等贵金属的使用有重要意义。H2热还原条件下制备的Pt合金催化剂为纳米多边形结构，催化剂组分较纯净；提高了Pt的利用率，是催化剂性能提高的重要原因。
总之，本发明提出了一种利用H2气相热解还原的方法批量、可控的制备Pt合金催化剂，该催化剂具有优异的ORR催化活性，通过非贵金属的合金化，提高Pt的催化活性和利用率。催化剂制备方法简单，适合大规模制备和工艺放大，在催化氧还原反应和燃料电池领域有重要应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的催化剂的TEM形貌图。
图2是本发明实施例1制备的催化剂的XRD图。
图3是本发明实施例1制备的催化剂的XPS元素分析图。其中3(a)C1s的XPS分峰图，3(b)O1s的XPS分峰图，3(c)Pt4f的XPS分峰图，3(d)Co2p的XPS分峰图。
图4是本发明实施例1制备催化剂的电化学性能表征图。其中4(a)制备PtCo/C催化剂与商业化40％Pt/C(JM)催化剂ORR活性对比图；4(b)制备PtCo/C催化剂与商业化40％Pt/C(JM)催化剂CV对比图。
图5是本发明实施例2制备催化剂的电化学性能表征图。其中5(a)制备PtCo/C(ii)催化剂与商业化40％Pt/C(JM)催化剂ORR活性对比图；5(b)制备PtCo/C(ii)催化剂与商业化40％Pt/C(JM)催化剂CV对比图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是实施例1所制备催化剂TEM形貌图，可见在H2热还原条件下制备的Pt合金催化剂为纳米多边形结构，主要以四边形为主。
图2是实施例1所制备催化剂的XRD图，形成尖锐的Pt峰，Pt晶面为(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面，组分比较纯净；催化剂表面无Co或Co氧化物存在，说明H2热还原制备过程有利于Pt在催化剂表面的富集，提高Pt的利用率，是催化剂性能提高的重要原因。
图3是实施例1所制备的催化剂的XPS元素分析图。其中3(a)C1s的XPS分峰图，C占94％(atomic)，可见碳载体主要以高石墨化程度碳形式存在，有利于提高催化剂的导电性。3(b)O1s的XPS分峰图，O占4.5％(atomic)，分峰处理可见催化剂表面形成丰富的C-O、C＝O、O-C＝O结构，一定程度增加催化剂表面的亲水性，有利于催化过程的进行；3(c)Pt4f的XPS分峰图，表面Pt占0.49％，主要以Pt0的形式存在，有未被彻底还原的Pt2+；3(d)Co2p的XPS分峰图，催化剂表面有Co2+、Co3+，无游离的单质Co。在H2热还原气氛下制备Pt合金催化剂有利于Pt在表面的富集。
图4是本发明实施例1制备催化剂的电化学性能表征图。其中4(a)制备PtCo/C催化剂与商业化40％Pt/C(JM)催化剂ORR活性对比图；催化剂有显著的氧还原活性，具有明显极限扩散电流平台，与40％Pt/C(20μg/cm2)相比，该合金催化剂具有更好的氧还原活性；4(b)制备PtCo/C催化剂与商业化40％Pt/C(JM)催化剂CV对比图，制备催化剂表面Pt载量低，但氧还原峰电位明显更高，有更好的ORR活性。
图5是本发明实施例2制备催化剂的电化学性能表征图。其中5(a)制备PtCo/C(ii)催化剂与商业化40％Pt/C(JM)催化剂ORR活性对比图；催化剂有显著的氧还原活性，具有明显极限扩散电流平台，与40％Pt/C(20μg/cm2)相比，该合金催化剂具有良好的氧还原活性，但是与商业化催化剂相比ORR起始电位较低，可能是催化剂颗粒尺寸较大的影响；5(b)制备PtCo/C(ii)催化剂与商业化40％Pt/C(JM)催化剂CV对比图。制备催化剂表面Pt载量低，但氧还原峰电位明显较高，有更好的ORR活性。
实施例1
取10mL 0.017mol/L的H2PtCl6水溶液，加入4g NH4Cl沉淀剂，常温搅拌4h，获得初级沉降物A；取2mL 0.1mol/L的CoCl2溶液，加入1g草酸，4mL去离子水，常温搅拌4h，获得初级沉降物B；将A、B悬浊液混合，加入50mg碳粉XC-72水溶液，混合搅拌4h，离心，80℃干燥，在H2/N2(20％)混合气中热解还原，温度350℃，时间4h，升温速率5℃/min，反应完成后用N2置换反应炉中的H2/N2混合气，并取出样品，从而获得高活性H2热还原法制备的Pt合金催化剂。
实施例2
取10mL 0.017mol/L的H2PtCl6水溶液，加入4g NH4Cl，4g碳酸铵，10mL去离子水，常温搅拌4h，获得初级沉降物A’；取2mL 0.1mol/L的CoCl2溶液，加入2g草酸，1g尿素，15mL去离子水，常温搅拌4h，获得初级沉降物B’；将A’、B’悬浊液混合，加入50mg碳粉XC-72水溶液，混合搅拌4h，离心，80℃干燥，在H2/N2(20％)混合气中热解还原，温度350℃，时间4h，升温速率5℃/min，反应完成后用N2置换反应炉中的H2/N2混合气，并取出样品，从而获得高活性H2热还原法制备的Pt合金催化剂。
实施例3
电化学测试在三电极体系中进行，用于表征催化剂的氧还原活性。该体系电解质溶液为0.1mol L-1的HClO4，对电极为Pt片电极，参比电极为饱和甘汞电极，循环伏安测试电解质溶液被N2饱和，测试系统为Gamry3000；ORR测试溶液被O2饱和。旋转圆盘电极膜催化层的制备：40％Pt/C催化剂：5mg催化剂，2.5mL异丙醇，超声；加5wt％Nafion溶液50μL，超声，取3.2μL上述分散好的浆料涂覆在旋转圆盘电极表面，作为工作电极。由于PtCo/C催化剂载量低，膜催化层制备：5mg催化剂，2.5mL异丙醇，超声；加5wt％Nafion溶液50μL，超声，取10μL上述分散好的浆料涂覆在旋转圆盘电极表面，作为工作电极。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1.一种H2气相热还原制备高活性低铂Pt基合金催化剂的方法，其特征在于：通过气态H2与固态前驱体的相互作用，在热解还原过程中获得高活性Pt基催化剂，制备步骤如下：
1)在Pt中加入沉淀剂或鳌合剂，进行Pt前驱体的初步固定，将Pt前驱体进行充分鳌合和沉降；
2)在非贵金属合金组分中加入沉淀剂或螯合剂，进行合金离子的初步固定，将非贵金属合金组分进行充分鳌合和沉降；
3)将步骤1)和2)所得物均匀混合并负载在碳载体上；
4)将步骤3)所得物经离心、洗涤、干燥获得混合前驱体；
5)将步骤4)所得混合前驱体在H2气氛下热解还原，从而获得高活性低铂合金催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述的初步固定温度为20～60℃，时间为2～6h；步骤2)中所述的初步固定温度为20～60℃，时间为2～6h；步骤3)中所述的负载温度为20～60℃，时间为4～15h；步骤4)中所述干燥温度为常温～150℃，时间为4h～12h；步骤5)中所述热解温度为200～750℃，时间为2～8h，升温速率为2～10℃/min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述的Pt前驱体的沉淀剂或螯合剂包括氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、乙二胺、1，10-邻二氮杂菲或2,2’-联吡啶中的一种或几种的混合物；所述的Pt前驱体包括H2PtCl6、K2PtCl4、氯铂酸铵、乙酰丙酮铂、Pt(NH3)6Cl2、Pt(NH3)4Cl2、Pt(NO2)2(NH3)2中的一种或几种的混合物；所述初步固定使用溶剂，所述溶剂包括H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种的混合溶液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述的Pt前驱体溶液的浓度为0.1mM～1M，加入量为0.1～50mL.沉淀剂或螯合剂的加入量为制备条件下饱和溶解度质量到0～50％的过量量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述合金离子包括Co2+、Ni2+、Fe3 +、Fe2+、Cu2+、Mn2+、Mo5+、Zr4+、Ag+3d、4d过渡金属中的一种或两种以上；所述沉淀剂或螯合剂包括：草酸、碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠、硫代硫酸钠、硫化钠、辛可宁、单宁、动物胶中的一种或两种以上；所述初步固定使用溶剂，所述溶剂包括：H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种的混合溶液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述合金离子浓度为0.001M～1M，加入量为0.1～50mL.沉淀剂或螯合剂的加入量为制备条件下饱和溶解度质量到0～50％的过量量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)中所述碳载体包括Vulcan XC-72、BP2000、EC300、EC300J、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、Ketjenblack高导电性高比表面积的碳导电碳材料；所述负载使用分散溶剂，所述溶剂包括：H2O、CH3CH2OH、乙二醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种的混合溶液；分散方法为超声、搅拌。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)中所述碳载体上金属组分担载量范围5～70％，碳载体质量分数30～95％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5)中所述H2气氛为高纯H2、H2/N2以任意比混合、H2/Ar以任意比混合、H2/He以任意比混合、H2/CO、H2/CO2或H2/NH3中的一种或几种混合气；气体流量10～500mL/min。
10.权利要求1～9任一项所述H2气相热还原的方法制备的碳载铂合金催化剂，其特征在于，在H2催化热解还原条件下所述的催化剂形成分散的纳米多边形结构。
11.根据权利要求10所述催化剂，其特征在于，所述催化剂表面元素分析：碳原子百分比85～95％，O元素元素原子百分比3～10％；表面Pt富集，载量1～40％，金属粒径尺寸1～8nm；所述多边形结构主要以四边形为主；形成尖锐的Pt峰，Pt晶面主要为(111)、(200)、(220)、(311)、(222)。
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