CN114094126A - 一种燃料电池催化剂的制备方法、燃料电池催化剂及燃料电池 - Google Patents

一种燃料电池催化剂的制备方法、燃料电池催化剂及燃料电池 Download PDF

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Abstract

本申请提供的燃料电池催化剂的制备方法，将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物，将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物，将所述第二混合物于600℃‑1000℃煅烧0.2‑5h，得到烧结产物，将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂，制备得到的燃料电池催化剂，上述方法，利用有机聚合和高温煅烧制备得到的高熵稀土单原子催化剂，得到的催化剂具有直径小、孔径小、孔隙率高，纤维均一性好等优点，且具有良好的ORR催化性能，可广泛应用于燃料电池、金属空气电池。上述方法工艺简单，原料成本低廉、安全可靠且环境友好等优点。

Description

一种燃料电池催化剂的制备方法、燃料电池催化剂及燃料 电池
技术领域
本申请涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池催化剂的制备方法、燃料电池催化剂及燃料电池。
背景技术
高熵稀土单原子催化剂是指稀土金属以单原子的形式均匀分散在载体上形成的具有优异催化性能的催化剂。目前对于高熵稀土单原子催化剂的研究和应用极少，与高熵稀土单原子催化剂相似的发明有贵金属单原子催化剂(如：铂单原子催化剂、金单原子催化剂、钯单原子催化剂等)和过渡金属单原子催化剂(如：铁单原子催化剂、钴单原子催化剂、镍单原子催化剂等)。贵金属催化剂目前主要面临的问题是成本较高且以中毒失活，而过渡金属单原子催化剂又很难在燃料电池中发挥出优异的性能。因此，寻找一种成本低廉、性能稳定且环境友好的高效电催化剂有迫切的应用需求。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术中存在的ORR催化性能不佳的缺陷，提供一种具有良好的ORR催化性能的燃料电池催化剂的制备方法。
为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
一方面，本申请提供了一种燃料电池催化剂的制备方法，包括下述步骤：
将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物；
将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物；
将所述第二混合物于600℃-1000℃煅烧0.2-5h，得到烧结产物；及
将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂。
在其中一些实施例中，在将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物的步骤中，具体为：
将模板剂溶解于水溶液中，超声溶解后加入引发剂，搅拌溶解后加入含氮聚合物前驱体，再将所得的溶续搅拌老化至少24h以上得到第一混合物；当所述模板剂或引发剂在水溶液溶解受限时，所述水溶液添加有酸溶液，所述酸溶液包括盐酸或硫酸或硝酸。
在其中一些实施例中，在将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物的步骤中，所述的模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基羟磺甜菜碱、聚丙烯酞胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚葡萄糖、聚山黎酯、各种有机胺、季铵盐类化合物中的一种或多种。
在其中一些实施例中，所述的引发剂为过氧化物引发剂或偶氮类引发剂中的至少一种，所述过氧化物引发剂包括有机过氧化物或无机过氧化物，所述有机过氧化物包括结构通式为R-O-O-H或R-O-O-R的有机过氧化物，其中，R为烷基、酰基、碳酸酯基；所述无机过氧化物包括过硫酸铵或过硫酸钾或过硫酸钠；所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯。
在其中一些实施例中，所述的含氮聚合物前驱体可以是吡咯、吡啶、吡唑、咪唑、噻唑、嘧啶、喹啉、嘌呤、苯胺及以上化合物的衍生物中的一种或多种。
在其中一些实施例中，所述模板剂、引发剂、含氮聚合物前驱体的摩尔浓度比为1:1～6:4～50。
在其中一些实施例中，在将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物的步骤中，具体为：
将所述第一混合物用水和乙醇交替抽滤洗涤，以去除所述模板剂以及低聚合度前驱体后，分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中，搅拌吸附得到第二混合物。
在其中一些实施例中，所述的碱金属盐可以为任一种或多种可溶性碱金属盐，所述可溶性碱金属盐为氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、硝酸锂、硫酸锂、碳酸锂、醋酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、磷酸铁锂、氟化钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠、硝酸钠、硫酸钠、碳酸钠、醋酸钠、高氯酸钠、六氟砷酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、磷酸铁钠、氟化钾、氯化钾、溴化钾、碘化钾、硝酸钾、硫酸钾、碳酸钾、醋酸钾、高氯酸钾、六氟砷酸钾、六氟磷酸钾、四氟硼酸钾、磷酸铁钾中的一种或多种。
在其中一些实施例中，所述的稀土金属前驱体包含钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中至少5种金属的可溶性盐，所述可溶性盐为MClx、MIx、MBrx、MFx、M(NO3)x、Mx(SO4)y、M(Ac)x、Mx(PO4)y、Mx(C2O4)y中的至少一种，其中M＝Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu；x＝2,3,4；y＝2,3,4或以上稀土金属盐的水合物。
在其中一些实施例中，所述溶液中稀土金属前驱体和碱金属盐的摩尔浓度比为1:2～20，稀土金属前驱体摩尔浓度之和为1～1000mmol/L，且各稀土金属前驱体含量为不为0的任意比例。
在其中一些实施例中，在将所述第二混合物于600℃-1000℃温度下，先在N2中煅烧0.2-5h，再在NH3中煅烧0.2-5h，，得到烧结产物的步骤中，具体为：
将所述第二混合物抽滤并真空干燥后研磨均匀得到固体样品，将所述固体样品后在N2气流下加热到600-1000℃，并煅烧0.2-5h；降到室温后，将得到的固体粉末放到NH3气流下加热到600-1000℃，并煅烧0.2-5h，降到室温下得到烧结产物。
在其中一些实施例中，在将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂的步骤中，具体包括：
将所述烧结产物在40-80℃下酸洗2-8h，洗涤完成后抽滤得到固体样品，将所述固体样品进行真空烘干，再将得到的产物进行酸洗，再次真空烘干得到所述燃料电池催化剂。
另一方面，本申请还提供了一种燃料电池催化剂，由所述的燃料电池催化剂的制备方法制备得到。
再一方面，本申请还提供了一种燃料电池，添加有所述的燃料电池催化剂。
本申请提供的燃料电池催化剂的制备方法，将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物，将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物，将所述第二混合物于600℃-1000℃煅烧0.2-5h，得到烧结产物，将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂，制备得到的燃料电池催化剂，上述方法，利用有机聚合和高温煅烧制备得到的高熵稀土单原子催化剂，得到的催化剂具有直径小、孔径小、孔隙率高，纤维均一性好等优点，且具有良好的ORR催化性能，可广泛应用于燃料电池、金属空气电池。上述方法工艺简单，原料成本低廉、安全可靠且环境友好等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的燃料电池催化剂的制备方法的步骤流程图；
图2为本申请实施例1中制备的HE(La/Ce/Pr/Nd/Pm)催化材料扫描电镜图片；
图3为本申请实施例1-5中制备催化材料在电极负载量为0.22mg/cm2时的ORR性能对比图(测试条件：三电极体系，工作电极为催化剂，对电极为碳棒，参比电极为饱和甘汞电极，电解液为0.1mol/L的KOH溶液)；
图4为本申请实施例1在不同的稀土金属前驱体添加比例下高熵稀土(La/Ce/Pr/Nd/Pm)电催化剂的ORR性能对比图(测试条件：三电极体系，工作电极为催化剂，对电极为碳棒，参比电极为饱和甘汞电极，电解液为0.1mol/L的KOH溶液)。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。
请参阅图1，为本申请实施例提供的燃料电池催化剂的制备方法的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S110：将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物。
在其中一些实施例中，将模板剂溶解于水溶液中，超声溶解后加入引发剂，搅拌溶解后加入含氮聚合物前驱体，再将所得的溶续搅拌老化至少24h以上得到第一混合物；当所述模板剂或引发剂在水溶液溶解受限时，所述水溶液添加有酸溶液，所述酸溶液包括盐酸或硫酸或硝酸。
进一步地，所述的模板剂可以是：十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十八烷基羟磺甜菜碱(DHSB)、聚丙烯酞胺(PAM)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚葡萄糖、聚山黎酯、各种有机胺、季铵盐类化合物中的一种或多种。
进一步地，所述的引发剂为过氧化物引发剂或偶氮类引发剂中的至少一种，所述过氧化物引发剂包括有机过氧化物或无机过氧化物，所述有机过氧化物包括结构通式为R-O-O-H或R-O-O-R的有机过氧化物，其中，R为烷基、酰基、碳酸酯基；所述无机过氧化物包括过硫酸铵或过硫酸钾或过硫酸钠；所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯。
例如，所述有机过氧化物可以包括下述物质：如过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯等。
进一步地，所述的含氮聚合物前驱体可以是吡咯、吡啶、吡唑、咪唑、噻唑、嘧啶、喹啉、嘌呤、苯胺及以上化合物的衍生物中的一种或多种。
进一步地，所述模板剂、引发剂、含氮聚合物前驱体的摩尔浓度比为1:1～6:4～50。
可以理解，可以通过改变聚合物前驱体的类型、用量，稀土元素种类、含量等调节高熵稀土单原子的配位环境，改善活性中心的电子结构，从而实现对稀土单原子催化剂性能的调节。
步骤S120：将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物。
在其中一些实施例中，将所述第一混合物用水和乙醇交替抽滤洗涤，以去除所述模板剂以及低聚合度前驱体后，分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中，搅拌吸附得到第二混合物。
具体地，所述的碱金属盐可以为任一种或多种可溶性碱金属盐，所述可溶性碱金属盐为氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、硝酸锂、硫酸锂、碳酸锂、醋酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、磷酸铁锂、氟化钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠、硝酸钠、硫酸钠、碳酸钠、醋酸钠、高氯酸钠、六氟砷酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、磷酸铁钠、氟化钾、氯化钾、溴化钾、碘化钾、硝酸钾、硫酸钾、碳酸钾、醋酸钾、高氯酸钾、六氟砷酸钾、六氟磷酸钾、四氟硼酸钾、磷酸铁钾中的一种或多种。
具体地，所述的稀土金属前驱体可以是：包含钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中至少5种金属的可溶性盐。
本申请提供的稀土金属前驱体，包括上述至少5种金属的可溶性盐，从而打破了碳环对称性，破坏大π键，增强碳基底调控活性，多元素协同增加催化性能。
具体地，所述可溶性盐为MClx、MIx、MBrx、MFx、M(NO3)x、Mx(SO4)y、M(Ac)x、Mx(PO4)y、Mx(C2O4)y(其中M＝Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu；x＝2,3,4；y＝2,3,4)或以上稀土金属盐的水合物。
具体地，所述溶液中稀土金属前驱体和碱金属盐的摩尔浓度比为1:2～20，稀土金属前驱体摩尔浓度之和为1～1000mmol/L，且各稀土金属前驱体含量为不为0的任意比例。
可以理解，在该浓度范围内既能保证特定稀土单原子的存在，也能避免金属团簇或纳米颗粒的产生。
步骤S130：将所述第二混合物于600℃-1000℃煅烧0.2-5h，得到烧结产物。
在其中一些实施例中，将所述第二混合物抽滤并真空干燥后研磨均匀得到固体样品，将所述固体样品后在N2气流下加热到600-1000℃，并煅烧0.2-5h；降到室温后，将得到的固体粉末放到NH3气流下加热到600-1000℃，并煅烧0.2-5h，降到室温下得到烧结产物。
步骤S140：将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂。
在其中一些实施例中，将所述烧结产物在40-80℃下酸洗2-8h，洗涤完成后抽滤得到固体样品，将所述固体样品进行真空烘干，再将得到的产物进行酸洗，再次真空烘干得到所述燃料电池催化剂。
本申请上述实施例提供的燃料电池催化剂的制备方法，利用有机聚合和高温煅烧制备得到的高熵稀土单原子催化剂具有直径小、孔径小、孔隙率高，纤维均一性好等优点，且具有良好的ORR催化性能，可广泛应用于燃料电池、金属空气电池。
上述方法工艺简单，原料成本低廉、安全可靠且环境友好等优点；制备得到的燃料电池催化剂，将多种稀土元素以单原子的形式修饰材料以提高材料电催化活性，使得基底材料电催化活性大大提高；同时，在聚合物纤维上引入多种稀土元素，经过高温热解和酸处理后，得到具有高熵稀土单原子修饰且具有丰富表面缺陷的纳米电催化剂，在电催化ORR中表现出优异的性能。
本发明上述实制备方法中应用到的原材料如前述实施例中所描述，此处不再赘述。
下面列举具体的实施例进一步说明上述高熵稀土单原子催化剂的制备方法。
实施例1
一种高熵稀土金属单原子催化剂的制备方法包括如下步骤：
S1：将0.1g CTAB(模板剂)溶解到1mol/L HCl中，后加入1.73g APS(引发剂)搅拌溶解后加入1mL吡咯(含氮聚合物前驱体)，持续搅拌24h；
S2：用水和乙醇交替清洗3次后将所得固体材料分散到100mL，分散于含有0.4mol/L LiCl和LaCl3、CeCl3、PrCl3、NdCl3以及PmCl3浓度均为4mmol/L的溶液中，超声分散30min后搅拌吸附24h；
S3：将S2所得产物抽滤并真空干燥后得到固体样品，将固体样品加热到900℃下，并先后在N2和NH3中煅烧0.5h；
S4：将得到样品用150ml 1mol/L H2SO4清洗两次酸洗后抽滤并真空干燥即得到La/Ce/Pr/Nd/Pm高熵稀土单原子催化剂。
对比例1
以CTAB作为模板剂，APS作为引发剂，LiNO3作为碱金属盐，以吡咯作为含氮聚合物前驱体以浓度均为4mmol/L的EuCl3、GdCl3、TbCl3、DyCl3以及HoCl3作为稀土金属前驱体，电化学测试中KOH浓度为0.1mol/L，参照实施例1进行电化学测试。
对比例2
以SDS作为模板剂，过硫酸钾作为引发剂，LiCl作为碱金属盐，以吡咯作为含氮聚合物前驱体以浓度均为4mmol/L的LaCl3、CeCl3、PrCl3、NdCl3以及PmCl3作为稀土金属前驱体，电化学测试中KOH浓度为0.1mol/L，参照实施例1进行电化学测试。
对比例3
以CTAB作为模板剂，过硫酸钾作为引发剂，NaNO3作为碱金属盐，以苯胺作为含氮聚合物前驱体，以浓度均为4mmol/L的LaNO3、CeNO3、PrNO3、NdNO3以及PmNO3作为稀土金属前驱体，电化学测试中KOH浓度为0.1mol/L，参照实施例1进行电化学测试。
对比例4
以CTAB作为模板剂，APS作为引发剂，NaCl作为碱金属盐，以苯胺作为含氮聚合物前驱体，以浓度均为4mmol/L的ScCl3、PrCl3、EuCl3、HoCl3以及YbCl3作为稀土金属前驱体，电化学测试中KOH浓度为1mol/L，参照实施例1进行电化学测试。
请参阅图2、图3及图4，本发明将上述实施例所得高熵稀土金属单原子催化剂组装到三电极体系中，以催化剂为工作电极，以碳棒作为对电极，以饱和甘汞电极为参比电极，电解液为0.1mol/L的KOH溶液，进行了ORR测试，催化剂负载量为0.22mg/cm2，电压范围为1.0V-0.4V vs.RHE(本发明后续实施例均采用相同的测试方法获得电化学性能结果)。测试结果及其他各参数如表1所示。
表1
Figure BDA0003331778390000101
由表1可知，本发明实施例1选用CTAB为模板剂、APS为引发剂、La、Ce、Pr、Nd、Pm的氯盐作为稀土金属前驱体，表现出了较高的起始电位和较高的半波电位，ORR性能良好。
实施例2-76
实施例2-76与实施例1的区别仅在于稀土金属前驱体的种类或含量不同，具体如表2所示，将实施例5-76所得的高熵稀土金属单原子催化剂进行ORR测试，其测试结果如表2所示：
表2
Figure BDA0003331778390000111
Figure BDA0003331778390000121
Figure BDA0003331778390000131
由表2可知，添加Ce或Y的可溶性盐时，催化剂具有更好的ORR性能，表现出更高的起始电位和半波电位。
实施例77-103
实施例77-103与实施例1的区别仅在于模板剂的种类不同，具体如表3所示，将实施例77-103所得的高熵稀土金属单原子催化剂进行ORR测试，其测试结果如表3所示：
Sc/Y/La/Ce/Pr/Nd/Pm/Sm/Eu/Gd/Tb/Dy/Ho/Er/Tm/Yb/Lu
表3
Figure BDA0003331778390000141
Figure BDA0003331778390000151
由表3可知，CTAB作为模板剂时，催化剂具有更好的ORR性能，表现出更高的起始电位和半波电位。
实施例104-122
实施例104-122与实施例1的区别仅在于引发剂的种类不同，具体如表4所示，将实施例104-122所得的高熵稀土金属单原子催化剂进行ORR测试，其测试结果如表4所示：
表4
Figure BDA0003331778390000152
由表4可知，APS作为引发剂时，催化剂具有更好的ORR性能，表现出更高的起始电位和半波电位。
实施例123-152
实施例123-152与实施例1的区别仅在于含氮聚合物前驱体的种类不同，具体如表5所示，将实施例123-所得的高熵稀土金属单原子催化剂进行ORR测试，其测试结果如表5所示：
表5
Figure BDA0003331778390000161
由表5可知，吡咯作为含氮聚合物前驱体时，催化剂具有更好的ORR性能，表现出更高的起始电位和半波电位。
实施例153-
实施例153-与实施例1的区别仅在于碱金属盐的种类不同，具体如表6所示，将实施例153-所得的高熵稀土金属单原子催化剂进行ORR测试，其测试结果如表6所示：
表6
Figure BDA0003331778390000171
Figure BDA0003331778390000181
由表6可知，碱金属盐选用氯化锂，催化剂具有更好的ORR性能，表现出更高的起始电位和半波电位。
本发明实施例涉及的高熵稀土单原子催化剂在应用时不局限于三电极系统，也在燃料电池中得到应用。本发明实施例的重要成分是以多种稀土元素合成高熵分布的稀土单原子电催化剂，保持良好ORR性能的同时具有良好的稳定性。这也是稀土金属首次以高熵单原子形式制备电催化剂，使得电催化剂具有较低成本的同时也开拓了单原子催化剂的又一重要制备方法和应用。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，仅具体描述了本申请的技术原理，这些描述只是为了解释本申请的原理，不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处解释，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其他具体实施方式，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物；
将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物；
将所述第二混合物于600℃-1000℃煅烧0.2-5h，得到烧结产物；及
将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂。
2.如权利要求1所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在将模板剂、引发剂及含氮聚合物前驱体溶解于水溶液中得到第一混合物的步骤中，具体为：
将模板剂溶解于水溶液中，超声溶解后加入引发剂，搅拌溶解后加入含氮聚合物前驱体，再将所得的溶续搅拌老化至少24h以上得到第一混合物；当所述模板剂或引发剂在水溶液溶解受限时，所述水溶液添加有酸溶液，所述酸溶液包括盐酸或硫酸或硝酸。
3.如权利要求2所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述的模板剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基羟磺甜菜碱、聚丙烯酞胺、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚葡萄糖、聚山黎酯、各种有机胺、季铵盐类化合物中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为过氧化物引发剂或偶氮类引发剂中的至少一种，所述过氧化物引发剂包括有机过氧化物或无机过氧化物，所述有机过氧化物包括结构通式为R-O-O-H或R-O-O-R的有机过氧化物，其中，R为烷基、酰基、碳酸酯基；所述无机过氧化物包括过硫酸铵或过硫酸钾或过硫酸钠；所述偶氮类引发剂包括偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯。
5.如权利要求2所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述的含氮聚合物前驱体可以是吡咯、吡啶、吡唑、咪唑、噻唑、嘧啶、喹啉、嘌呤、苯胺及以上化合物的衍生物中的一种或多种。
6.如权利要求2所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述模板剂、引发剂、含氮聚合物前驱体的摩尔浓度比为1:1～6:4～50。
7.如权利要求1所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在将所述第一混合物分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中搅拌吸附得到第二混合物的步骤中，具体为：
将所述第一混合物用水和乙醇交替抽滤洗涤，以去除所述模板剂以及低聚合度前驱体后，再分散于含有稀土金属前驱体和碱金属盐的溶液中，搅拌吸附得到第二混合物。
8.如权利要求7所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述的碱金属盐可以为任一种或多种可溶性碱金属盐，所述可溶性碱金属盐为氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、硝酸锂、硫酸锂、碳酸锂、醋酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、磷酸铁锂、氟化钠、氯化钠、溴化钠、碘化钠、硝酸钠、硫酸钠、碳酸钠、醋酸钠、高氯酸钠、六氟砷酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、磷酸铁钠、氟化钾、氯化钾、溴化钾、碘化钾、硝酸钾、硫酸钾、碳酸钾、醋酸钾、高氯酸钾、六氟砷酸钾、六氟磷酸钾、四氟硼酸钾、磷酸铁钾中的一种或多种。
9.如权利要求7所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述的稀土金属前驱体包含钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥中至少5种金属的可溶性盐，所述可溶性盐为MClx、MIx、MBrx、MFx、M(NO3)x、Mx(SO4)y、M(Ac)x、Mx(PO4)y、Mx(C2O4)y中的至少一种，其中M＝Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu；x＝2,3,4；y＝2,3,4或以上稀土金属盐的水合物。
10.如权利要求9所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶液中稀土金属前驱体和碱金属盐的摩尔浓度比为1:2～20，稀土金属前驱体摩尔浓度之和为1～1000mmol/L，且各稀土金属前驱体含量为不为0的任意比例。
11.如权利要求1所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在将所述第二混合物于600℃-1000℃温度下，先在N2中煅烧0.2-5h，再在NH3中煅烧0.2-5h，，得到烧结产物的步骤中，具体为：
将所述第二混合物抽滤并真空干燥后研磨均匀得到固体样品，将所述固体样品后在N2气流下加热到600-1000℃，并煅烧0.2-5h；降到室温后，将得到的固体粉末放到NH3气流下加热到600-1000℃，并煅烧0.2-5h，降到室温下得到烧结产物。
12.如权利要求1所述的燃料电池催化剂的制备方法，其特征在于，在将所述烧结产物真空干燥得到所述燃料电池催化剂的步骤中，具体包括：
将所述烧结产物在40-80℃下酸洗2-8h，洗涤完成后抽滤得到固体样品，将所述固体样品进行真空烘干，再将得到的产物进行酸洗，再次真空烘干得到所述燃料电池催化剂。
13.一种燃料电池催化剂，其特征在于，由权利要求1至12任一项所述的燃料电池催化剂的制备方法制备得到。
14.一种燃料电池，其特征在于，添加有权利要求13所述的燃料电池催化剂。
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