CN113285107B - 一种超低贵金属载量一体化膜电极及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超低贵金属载量一体化膜电极及其制备方法和应用。所述膜电极包括气体扩散层、质子交换膜及生长在质子交换膜上的催化剂层，催化剂层是由纳米花状金属材料组成。金属催化剂层在质子交换膜上原位生长，经处理后与气体扩散层热压构筑超低贵金属载量一体化膜电极。本发明所构筑的膜电极具有催化剂用量低、催化剂层与质子交换膜间结合牢固、电极性能优异等优点。所制备的膜电极可用于燃料电池和水电解的反应装置。
Description
技术领域
本发明属于电化学领域(膜电极制备技术)，具体涉及一种超低贵金属载量一体化膜电极及其制备方法和应用。所制备的膜电极可用于燃料电池和水电解的反应装置。
背景技术
由阴阳极气体扩散层、阴阳极催化剂层和包夹的质子交换膜构成的膜电极是质子交换膜燃料电池堆和水电解堆的核心组件，是影响成本与寿命的重要因素。提高催化剂层中催化剂的利用率、增加膜电极耐久性是质子交换膜燃料电池和水电解池实现大规模产业化有待解决的关键问题之一。
传统膜电极的制备方法主要采用喷涂阴阳极催化剂/水醇混合溶剂/聚合物电解质所组成的浆液分别至质子交换膜的一侧或两侧，随后借助转印或热压获得催化剂层涂覆膜电极。传统膜电极催化剂层中的离子传输通道、电子传输通道和气液传输通道无序排列，只有部分催化剂具有三相反应界面，催化剂的利用率低，为了保证膜电极的性能，燃料电池中贵金属用量常达0.3-0.6mg/cm2，水电解池中贵金属用量更甚，高达2-6mg/cm2。此外，催化剂层与质子交换膜间的结合力弱，在水流和气流的推动下催化剂层容易从质子交换膜上脱落，造成膜电极性能损失。一体化膜电极的催化剂层在质子交换膜上原位成核生长，与质子交换膜实现一体化，与质子交换膜的结合力相比传统膜电极可显著增强，利于抵抗水流和气流的冲击，避免从膜上脱落损失。因此超低贵金属载量一体化膜电极的研究具有重要的意义和价值。
为了解决催化剂层贵金属担载量高的问题，大量的研究集中在制备具有高活性的催化剂，但是仍采用传统的膜电极制备工艺，忽略了催化剂层和质子交换膜间的弱结合力；为了解决催化剂层与质子交换膜间结合力弱的问题，一些研究聚焦开发新型一体化膜电极制备工艺，但是其催化剂的用量仍居高不下。超低贵金属载量一体化膜电极的研究还鲜有报道。
2018年，Lina Chong等人(Lina Chong,etal.Science,2018,362,1276-1281)以沸石咪唑酯骨架结构材料为前驱体，制备低铂含量、高活性且稳定的PtCo电催化剂。铂钴核壳间的协同催化作用提高了质子交换膜燃料电池放电性能。将其作为质子交换膜燃料电池膜电极阴极催化剂使用，当载量为0.035mgPt/cm2，在80℃，0.1MPa的背压下，放电电压为0.9ViR-free时，质量比活性高达1.77A/mgPt。
2018年，Marco Faustini等人(Marco Faustini,etal.Advanced EnergyMaterials,2018,1802136)搅拌氯化铱和聚甲基丙烯酸甲酯的混合水溶液，将混合溶液雾化成微滴状液体，通过溶剂蒸发过程诱导自组装，形成球状铱单质，随后进行不同温度的热处理将金属铱转化为氧化铱，得到高活性的多孔铱基催化剂。将其作为质子交换膜水电解膜电极阳极催化剂使用，当载量为2mg/cm2，在80℃常压电解下，电解电压为1.68V时，电流密度为1A/cm2。
2015年，S.Komini Babu等人(S.Komini Babu,et al.Chem ElectroChem,2015,2(11):1752-1759)采用牺牲模板法，在Nafion膜表面制备了垂直排列的Nafion纳米线阵列，随后在其表面沉积Pt薄膜，有效提高了Pt的利用率。将其作为质子交换膜燃料电池膜电极阴极使用，当载量为1.2mgPt/cm2，在80℃，0.15MPa的背压下，放电电压为0.6V时，功率密度为106mW/cm2。
上述的研究虽然在降低催化剂用量或提升催化剂层与质子交换膜间结合力方面有一些进展，但鲜有同时解决两个技术难点的研究，膜电极的成本仍居高不下，活性和耐久性还有待于进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超低贵金属载量一体化膜电极及其制备方法和应用。所制备的膜电极可用于燃料电池和水电解的反应装置。
本发明的技术方案为：
一种超低贵金属载量一体化膜电极，包括气体扩散层、质子交换膜及生长在质子交换膜上的催化剂层；所述气体扩散层位于质子交换膜的两侧，所述气体扩散层与质子交换膜之间为催化剂层，所述催化剂层是由纳米花状金属材料组成，金属的载量为0.001-2mg/cm2，优选为0.01-1mg/cm2；，当所述膜电极应用于燃料电池时，更优选的范围为：0.01-0.2mg/cm2，当所述膜电极应用于水电解池时，更优选的范围为：0.1-1mg/cm2；质子交换膜的厚度为5-200μm。
本发明中所述纳米花的粒径为50-500nm。
本发明中所述气体扩散层为碳纸、碳布、碳毡、钛板、钛网、烧结钛、钛毡、不锈钢板、泡沫铜、泡沫镍中的至少一种。
本发明中所述金属为Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag中的至少一种。
本发明所述的质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜，可以是是以Nafion膜(美国杜邦(DuPont)公司)为代表的质子交换膜，如Nafion 117、Nafion115、Nafion 212或Nafion211；也可以是Aciplex系列膜(日本旭化成(Asahi Chemical)公司)、Flemion膜(日本旭硝子(Asahi Glass)公司)、BAM膜(加拿大巴拉德(Ballard)能源系统公司)或NEPEM系列离子膜(中国江苏科润)；还可以是DF系列质子交换膜(中国山东东岳集团)，如DF988、DF2801或DF260。
本发明另一目的为提供一种上述超低贵金属载量一体化膜电极的制备方法，包括如下步骤：
1)催化剂层的制备：向贵金属盐水溶液中加入表面活性剂，超声，静置后加入还原剂，超声后得到混合溶液，将混合溶液加入固定有质子交换膜的反应装置中，在30-100℃下反应1min-48h；
所述贵金属盐水溶液的浓度为0.1-100mmol/L，优选为1-20mmol/L；
所述表面活性剂的浓度为0.1-100mmol/L，优选为0.1-60mmol/L；
所述表面活性剂与贵金属盐水溶液的体积比为1-10：1；
所述还原剂的浓度为0.01-15mol/L，优选为0.1-10mol/L；所述还原剂与贵金属盐溶液的体积比为1-1000：1，优选为1-10：1；
2)生长有催化剂层的质子交换膜的后处理：将步骤1)所得生长有催化剂层的质子交换膜置于1-30wt％H2O2水溶液中，在20-100℃下处理1min-5h后，置于20-100℃的去离子水中浸泡1min-5h，然后转移至0.1-10mol/L的H2SO4中，20-100℃下处理1min-5h后，置于20-100℃的去离子水中浸泡1min-5h，干燥后待用；其中空气中干燥的条件为：温度20-80℃，时间30min-12h；
3)超低贵金属载量一体化膜电极的制备：将步骤2)所得处理后的生长有催化剂层的质子交换膜放置于真空吸附加热平台，在20-100℃，0.01-0.1MPa真空度下平整干燥，随后将气体扩散层置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，放入热压成型机中，10-150℃、0.1-20MPa下热压10s-10min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极；其中平整干燥的时间为10-60min。
本发明所述贵金属盐为氯铂酸、氯亚铂酸、氯铂酸钾、氯亚铂酸钾、氯铂酸钠、氯亚铂酸钠、氯铂酸铵、氯亚铂酸铵、三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸、氯铱酸钾、氯铱酸钠、氯铱酸铵、二氯化钯、氯钯酸钾、氯钯酸钠、氯钯酸铵、氯亚钯酸钾、氯亚钯酸钠、氯亚钯酸铵、硫酸钯、三氯化金、氯金酸、氯金酸钾、氯金酸钠、氯金酸铵、三氯化钌、氯钌酸、氯钌酸钾、氯钌酸钠、氯钌酸铵、三氯化铑、硫酸铑、氯铑酸、氯铑酸钾、氯铑酸钠、氯铑酸铵、硝酸银中的至少一种。
本发明中所述表面活性剂为聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基氨基丙酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、月桂基硫酸钠、聚环氧乙烯月桂酰醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、二硬脂酰基磷脂酰胆碱、月桂酸失水山梨醇酯、油酸二乙醇酰胺、十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基磺乙基甜菜碱中的至少一种。
本发明中所述还原剂为甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、乙二醇、硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、葡萄糖中的至少一种。
本发明另一目的为提供一种上述超低贵金属载量一体化膜电极在燃料电池和水电解中的应用。
本发明通过直接在质子交换膜表面原位生长纳米花状金属催化剂层，经处理后与气体扩散层热压构筑超低贵金属载量一体化膜电极，避免了喷涂或转印步骤，开发了一种新型膜电极结构和电极制作工艺。通过直接在质子交换膜上生长催化剂层，提高催化剂层和质子交换膜间的结合力，有效避免电极反应过程中“两相流”对催化剂层的剥离。本发明所构筑的膜电极具有催化剂贵金属用量低、催化剂层与质子交换膜间结合牢固、电极性能优异等优点。所制备的膜电极可用于燃料电池和水电解池的反应装置。
同现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明制备的超低贵金属载量一体化膜电极具有催化剂担载量低、利用效率高、成分灵活可调的特点，能够极大地降低膜电极的成本；
2)本发明制备的超低贵金属载量一体化膜电极中催化剂层与质子交换膜间结合牢固，极大降低各部分间接触电阻的同时，可有效避免电极反应过程中“两相流”对催化剂层的剥离，减少运行过程中催化剂的脱落损失，能够极大地提升膜电极的稳定性；
3)本发明描述的膜电极制备方法具有制备方法先进、简单易操作的特点，为燃料电池和水电解膜电极的制备提供了新的技术路线。
附图说明
本发明附图10幅，
图1为实施例1中膜电极催化剂层的扫描电镜(SEM)照片；
图2为实施例1中膜电极催化剂层的X射线衍射(XRD)谱图；
图3为实施例1中膜电极的SEM截面照片；
图4为实施例1中膜电极在燃料电池中的I-V曲线和功率密度曲线；
图5为实施例1中膜电极在燃料电池中的稳定性测试前后的I-V曲线和功率密度曲线；
图6为实施例2中膜电极在水电解池中的I-V曲线；
图7为实施例2中膜电极在水电解池中的交流阻抗谱；
图8为实施例2中膜电极在水电解池中的稳定性测试曲线；
图9为实施例1、对比例1中不同反应温度制备的膜电极的SEM照片；
图10为实施例1、对比例2中不同还原剂浓度制备的膜电极在水电解池中的I-V曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明予以进一步说明，但并不因此而限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
于10mL玻璃瓶中加入0.5mL 20mmol/L的氯铂酸水溶液和1mL20mmol/L的氯铱酸水溶液，超声30s后加入1.5mL1mmol/L的聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物水溶液，超声30s，静置30s后加入1.5mL 9mol/L的甲酸，超声后得到混合溶液，在固定有50μm厚Nafion 212质子交换膜的反应装置的两侧各加入1mL混合溶液，在65℃下反应24h，反应后的质子交换膜置于5wt％H2O2水溶液中，在80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，然后转移至0.5mol/L的H2SO4中，80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，室温下空气中干燥30min后置于真空吸附加热平台，在70℃、0.1MPa真空度下平整干燥15min，随后将碳纸置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，放入热压成型机中，130℃、6MPa下热压3min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。
图1为实施例1中制备的超低贵金属载量一体化膜电极催化剂层的SEM照片，表明催化剂层为纳米花状结构，尺寸分布均一，纳米花的粒径约为210nm。
图2为实施例1制备的超低贵金属载量一体化膜电极催化剂层的XRD谱图，表明形成了PtIr合金催化剂层。
图3为实施例1制备的超低贵金属载量一体化膜电极的SEM截面照片，表明催化剂层原位生长在质子交换膜表面，和质子交换膜牢固结合。
图4为实施例1制备的超低贵金属载量一体化膜电极在氢氧燃料电池中的I-V曲线和功率密度曲线，电池测试条件为：H2/O2流量为100/200mL/min，电池温度为80℃，阴阳极相对湿度都为100％，电池背压为0.2MPa，峰值功率密度为920mW/cm2。ICP测试结果表明Pt的单侧载量约为50μg/cm2，Ir的单侧载量约为70μg/cm2，电池的质量比功率密度为3.8W/mg。
图5为实施例1制备的超低贵金属载量一体化膜电极在氢氧燃料电池中的稳定性测试前后的I-V曲线和功率密度曲线，0.7V下测试3小时，峰值功率密度仅衰减7.6％。
实施例2
于10mL玻璃瓶中加入0.5mL 20mmol/L的氯铂酸水溶液和1mL20mmol/L的氯铱酸水溶液，超声30s后加入1.5mL 1mmol/L的聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物水溶液，超声30s，静置30s后加入1.5mL 9mol/L的甲酸，超声后得到混合溶液，在固定有50μm厚Nafion212质子交换膜的反应装置的两侧各加入1mL混合溶液，在65℃下反应24h，反应后的质子交换膜置于5wt％H2O2水溶液中，在80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，然后转移至0.5mol/L的H2SO4中，80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，室温下空气中干燥30min后置于真空吸附加热平台，在70℃、0.1MPa真空度下平整干燥15min，随后将碳纸置于生长有催化剂层的质子交换膜的一侧，将钛毡置于生长有催化剂层的质子交换膜的另一侧，放入热压成型机中，130℃、6MPa下热压3min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。
图6为实施例2制备的超低贵金属载量一体化膜电极在水电解池中的I-V曲线，电池测试条件为：H2O流量为20mL/min，电池温度为80℃，常压，电流密度为500mA/cm2时，槽电压为1.6V。
图7为实施例2制备的超低贵金属载量一体化膜电极在水电解池中的交流阻抗谱，电池的欧姆阻抗为39.73mΩcm2，表明催化剂层与质子交换膜间结合牢固，极大地降低了各部分间的接触电阻。
图8为实施例2制备的超低贵金属载量一体化膜电极在水电解池中的稳定性测试曲线，10mA/cm2下测试20小时，电压没有出现升高现象。
实施例3
于10mL玻璃瓶中加入0.5mL 20mmol/L的氯铂酸水溶液和1mL去离子水，超声30s后加入1.5mL1mmol/L的聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物水溶液，超声30s，静置30s后加入1.5mL9mol/L的甲酸，超声后得到混合溶液，取1mL混合溶液加入固定有50μm厚Nafion 212质子交换膜的反应装置中的一侧。于另一个10mL玻璃瓶中加入1mL 20mmol/L的氯铱酸水溶液和0.5mL去离子水，超声30s后加入1.5mL 20mmol/L的聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物水溶液，超声30s，静置30s后加入1.5mL 9mol/L的甲酸，超声后得到混合溶液，取1mL混合溶液加入固定有50μm厚Nafion 212质子交换膜的反应装置中的另一侧。在65℃下反应24h，反应后的质子交换膜置于5wt％H2O2水溶液中，在80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，然后转移至0.5mol/L的H2SO4中，80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，室温下空气中干燥30min后置于真空吸附加热平台，在70℃、0.1MPa真空度下平整干燥15min，随后将碳纸置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，放入热压成型机中，130℃、6MPa下热压3min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。
实施例4
于10mL玻璃瓶中加入0.5mL 20mmol/L的氯铂酸水溶液和1mL20mmol/L的氯铱酸水溶液，超声30s后加入1.5mL 1mmol/L的月桂醇聚氧乙烯醚水溶液，超声30s，静置30s后加入1.5mL 9mol/L的甲酸，超声后得到混合溶液，在固定有50μm厚Nafion 212质子交换膜的反应装置的两侧各加入1mL混合溶液，在65℃下反应24h，反应后的质子交换膜置于5wt％H2O2水溶液中，在80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，然后转移至0.5mol/L的H2SO4中，80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，室温下空气中干燥30min后置于真空吸附加热平台，在70℃、0.1MPa真空度下平整干燥15min，随后将碳纸置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，放入热压成型机中，130℃、6MPa下热压3min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。
实施例5
于10mL玻璃瓶中加入0.5mL 20mmol/L的氯铂酸水溶液和1mL20mmol/L的氯铱酸水溶液，超声30s后加入1.5mL 1mmol/L的聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物水溶液，超声30s，静置30s后加入1.5mL 9mol/L的葡萄糖，超声后得到混合溶液，在固定有50μm厚Nafion 212质子交换膜的反应装置的两侧各加入1mL混合溶液，在65℃下反应24h，反应后的质子交换膜置于5wt％H2O2水溶液中，在80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，然后转移至0.5mol/L的H2SO4中，80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，室温下空气中干燥30min后置于真空吸附加热平台，在70℃、0.1MPa真空度下平整干燥15min，随后将碳纸置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，放入热压成型机中，130℃、6MPa下热压3min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。
对比例1
于10mL玻璃瓶中加入0.5mL 20mmol/L的氯铂酸水溶液和1mL20mmol/L的氯铱酸水溶液，超声30s后加入1.5mL 1mmol/L的聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物水溶液，超声30s，静置30s后加入1.5mL 9mol/L的甲酸，超声后得到混合溶液，在固定有50μm厚Nafion 212质子交换膜的反应装置的两侧各加入1mL混合溶液，在20℃下反应24h，反应后的质子交换膜置于5wt％H2O2水溶液中，在80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，然后转移至0.5mol/L的H2SO4中，80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，室温下空气中干燥30min后置于真空吸附加热平台，在70℃、0.1MPa真空度下平整干燥15min，随后将碳纸置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，放入热压成型机中，130℃、6MPa下热压3min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。
图9为实施例1、对比例1中不同反应温度制备的超低贵金属载量一体化膜电极的SEM照片，表明对比例1降低反应温度后，得到的纳米花状催化剂的均一度下降，出现较多的大颗粒。
对比例2
于10mL玻璃瓶中加入0.5mL 20mmol/L的氯铂酸水溶液和1mL20mmol/L的氯铱酸水溶液，超声30s后加入1.5mL1mmol/L的聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物水溶液，超声30s，静置30s后加入1.5mL 20mol/L的甲酸，超声后得到混合溶液，在固定有50μm厚Nafion 212质子交换膜的反应装置的两侧各加入1mL混合溶液，在65℃下反应24h，反应后的质子交换膜置于5wt％H2O2水溶液中，在80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，然后转移至0.5mol/L的H2SO4中，80℃下处理30min后，置于80℃的去离子水中浸泡30min，室温下空气中干燥30min后置于真空吸附加热平台，在70℃、0.1MPa真空度下平整干燥15min，随后将碳纸置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，放入热压成型机中，130℃、6MPa下热压3min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。
图10为实施例1、对比例2中不同还原剂浓度制备的超低贵金属载量一体化膜电极在水电解池中的I-V曲线，电池测试条件为：H2O流量为20mL/min，电池温度为80℃，常压，表明对比例2中还原剂浓度升高后，质子交换膜变形严重，水电解性能不佳。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是未脱离本发明技术方案的内容，根据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等效变化及修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，包括气体扩散层、质子交换膜及生长在质子交换膜上的催化剂层；所述气体扩散层位于质子交换膜的两侧，所述气体扩散层与质子交换膜之间为催化剂层，所述催化剂层是由纳米花状金属材料组成，金属的载量为0.001-2mg/cm2，质子交换膜的厚度为5-200μm；
所述的超低贵金属载量一体化膜电极的制备方法，包括如下步骤：
1)催化剂层的制备：向贵金属盐水溶液中加入表面活性剂，超声，静置后加入还原剂，超声后得到混合溶液，将混合溶液加入固定有质子交换膜的反应装置中，在30-100℃下反应1min-48h；
所述贵金属盐水溶液的浓度为0.1-100mmol/L；
所述表面活性剂的浓度为0.1-100mmol/L；
所述表面活性剂与贵金属盐水溶液的体积比为1-10：1；
所述还原剂的浓度为0.01-15mol/L；
所述还原剂与贵金属盐水溶液的体积比为1-1000：1；
2)生长有催化剂层的质子交换膜的后处理：将步骤1)所得生长有催化剂层的质子交换膜置于1-30wt％H2O2水溶液中，在20-100℃下处理1min-5h后，再置于20-100℃的去离子水中浸泡1min-5h，然后转移至0.1-10mol/L的H2SO4中，20-100℃下处理1min-5h后，再置于20-100℃的去离子水中浸泡1min-5h，空气中干燥后待用；
3)超低贵金属载量一体化膜电极的制备：将步骤2)所得处理后的生长有催化剂层的质子交换膜在20-100℃、0.01-0.1MPa真空度下干燥，随后将气体扩散层置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，在10-150℃，0.1-20MPa下热压10s-10min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。
2.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述纳米花的粒径为50-500nm。
3.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述气体扩散层为碳纸、碳布、碳毡、钛板、钛网、烧结钛、钛毡、不锈钢板、泡沫铜、泡沫镍中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述金属为Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜。
6.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述贵金属盐为氯铂酸、氯亚铂酸、氯铂酸钾、氯亚铂酸钾、氯铂酸钠、氯亚铂酸钠、氯铂酸铵、氯亚铂酸铵、三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸、氯铱酸钾、氯铱酸钠、氯铱酸铵、二氯化钯、氯钯酸钾、氯钯酸钠、氯钯酸铵、氯亚钯酸钾、氯亚钯酸钠、氯亚钯酸铵、硫酸钯、三氯化金、氯金酸、氯金酸钾、氯金酸钠、氯金酸铵、三氯化钌、氯钌酸、氯钌酸钾、氯钌酸钠、氯钌酸铵、三氯化铑、硫酸铑、氯铑酸、氯铑酸钾、氯铑酸钠、氯铑酸铵、硝酸银中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述表面活性剂为聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基氨基丙酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、月桂基硫酸钠、聚环氧乙烯月桂酰醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、二硬脂酰基磷脂酰胆碱、月桂酸失水山梨醇酯、油酸二乙醇酰胺、十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基磺乙基甜菜碱中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述还原剂为甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、乙二醇、硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、葡萄糖中的至少一种。
9.权利要求1-5中任意一项所述的超低贵金属载量一体化膜电极在燃料电池和水电解中的应用。
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